p As ciências físicas e biológicas exigem cada vez mais a capacidade de observar objetos de tamanho nanométrico. Isso pode ser realizado com microscopia eletrônica de transmissão (TEM), que geralmente é limitado a imagens 2D. O uso de TEM para reconstruir imagens 3D, em vez disso, geralmente requer inclinar a amostra através de um arco para gerar imagens de centenas de visualizações e precisa de processamento de imagem sofisticado para reconstruir sua forma 3D, criando uma série de problemas. Agora, Os cientistas da EPFL desenvolveram um método de microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) que gera imagens 3D rápidas e confiáveis ​​de estruturas curvilíneas a partir de uma única orientação de amostra. O trabalho é publicado em Relatórios Científicos . p Os laboratórios de Cécile Hébert e Pascal Fua da EPFL desenvolveram um método de microscopia eletrônica que pode obter imagens 3D de estruturas curvilíneas complexas sem a necessidade de inclinar a amostra. A tecnica, desenvolvido pelo pesquisador EPFL Emad Oveisi, depende de uma variação de TEM chamada varredura TEM (STEM), onde um feixe de elétrons focalizado varre a amostra.

p A novidade do método é que ele pode adquirir imagens em uma única tomada, que abre o caminho para estudar amostras dinamicamente à medida que mudam com o tempo. Além disso, pode fornecer rapidamente uma "sensação" de três dimensões, tal como faríamos com um cinema 3D.

p "Nossos próprios olhos podem ver representações em 3D de um objeto, combinando duas perspectivas diferentes dele, mas o cérebro ainda tem que complementar a informação visual com seu conhecimento prévio da forma de certos objetos, "diz Hébert." Mas em alguns casos com TEM, sabemos algo sobre o formato que a estrutura da amostra deve ter. Por exemplo, pode ser curvilíneo, como o DNA ou os defeitos misteriosos que chamamos de 'deslocamentos', que governam as propriedades optoeletrônicas ou mecânicas dos materiais. "

p A abordagem clássica

p TEM é uma técnica muito poderosa que pode fornecer visualizações de alta resolução de objetos com apenas alguns nanômetros de diâmetro, por exemplo, um vírus, ou um defeito de cristal. No entanto, o TEM fornece apenas imagens 2D, que não são suficientes para identificar a morfologia 3D da amostra, o que muitas vezes limita a pesquisa. Uma maneira de contornar esse problema é adquirir imagens consecutivas enquanto gira a amostra em um arco de inclinação. As imagens podem então ser reconstruídas em um computador para obter uma representação 3D da amostra.

p O problema com essa abordagem é que ela requer extrema precisão em centenas de imagens, o que é difícil de conseguir. As imagens 3D geradas desta forma também estão sujeitas a artefatos, que são difíceis de remover posteriormente. Finalmente, tirar várias imagens com TEM requer disparar um feixe de elétrons através da amostra a cada vez, e a dose total pode realmente afetar a estrutura da amostra durante a aquisição e produzir uma imagem falsa ou corrompida.

p A nova abordagem

p No método STEM desenvolvido pelos pesquisadores, a amostra fica parada enquanto o microscópio envia dois feixes de elétrons inclinados um contra o outro, e dois detectores são usados ​​simultaneamente para registrar o sinal. Como resultado, o processo é muito mais rápido do que a técnica de imagem 3D anterior do TEM e quase sem artefatos.

p A equipe também usou um algoritmo de processamento de imagem sofisticado, desenvolvido em colaboração com Fua's CVlab, para reduzir o número de imagens necessárias para a reconstrução 3D a apenas duas imagens tiradas em diferentes ângulos de feixe de elétrons. Isso aumenta a eficiência de aquisição de dados e reconstrução 3D em uma a duas ordens de magnitude em comparação com as técnicas convencionais de TEM 3D. Ao mesmo tempo, evita mudanças estruturais na amostra devido a altas doses de elétrons.

p Por causa de sua velocidade e imunidade a problemas com métodos TEM padrão, este método de "imagem eletrônica 3D sem inclinação" é uma grande vantagem para estudar a sensibilidade à radiação, policristalino, ou materiais magnéticos. E porque a dose total de elétrons é reduzida para uma única varredura, espera-se que o método abra novos caminhos para imagens eletrônicas 3D em tempo real de materiais dinâmicos e processos biológicos.