p Em sua essência, microscópios eletrônicos funcionam muito como projetores de cinema. Um feixe de alta potência passa por um material e projeta algo - geralmente algo que realmente queremos ver - em uma tela do outro lado. Com a maioria dos microscópios eletrônicos, Contudo, capturar dados é como tentar projetar um filme em uma tela suja que é muito pequena para ver toda a projeção. Mas uma nova tecnologia de câmera, testado por pesquisadores da Drexel University, está permitindo que os microscópios apresentem uma visão mais clara, uma olhada mais completa e detalhada em sua apresentação em destaque. p Usando uma câmera de detecção direta e um filtro de imagem, o grupo descobriu que pode obter uma imagem mais nítida da estrutura e composição química, e obter esses dados rapidamente. Também é sensível o suficiente para operar o microscópio de uma forma que permite aos cientistas estudar frágeis, amostras biológicas sem danificá-las. Drexel é o primeiro a combinar o uso dessas tecnologias para dar aos pesquisadores uma visão detalhada, uma visão clara dos mecanismos por trás das reações químicas e físicas quase tão rapidamente quanto ocorrem.

p O time, liderado por Mitra Taheri, PhD, Hoeganaes professor associado na Faculdade de Engenharia de Drexel e diretor do Grupo de Caracterização Dinâmica no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, publicou recentemente suas descobertas de um teste lado a lado de uma câmera de detecção direta recém-desenvolvida e uma câmera de detecção indireta convencional, ambos desenvolvidos por Gatan. Seu artigo no jornal Nature Scientific Reports , sugere que a aplicação de um sensor de detecção direta à espectroscopia de perda de energia eletrônica padrão (EELS) aumentará muito a capacidade dos cientistas de estudar a estrutura e a química de materiais em nível nanométrico

p "EELS é uma técnica popular que já existe há algum tempo, Contudo, o ruído presente no EELS é um grande problema, "de acordo com Jamie Hart, pesquisador doutorado e co-autor do artigo. "Ao aplicar detecção direta a ENGUIAS, podemos reduzir bastante o ruído experimental, que irá melhorar em relação à observação em tempo real de processos dinâmicos, como rastrear o movimento de íons de lítio em baterias de íon-lítio, e ajudará no estudo de materiais sensíveis, como matéria biológica. "

p Na verdade, qualquer comparação entre um microscópio eletrônico e um projetor de cinema termina basicamente com o botão "ligar". Em vez de empurrar a luz através do filme, microscópios eletrônicos disparam um feixe de elétrons carregados através do material de amostra que está sendo estudado. Eles passam pelo material e são gravados por uma câmera. A interpretação da câmera da jornada dos elétrons pode dizer muito aos pesquisadores sobre o material. Alguns elétrons passam pelo material como se ele nem estivesse lá. Alguns passam, mas mudam de direção. Outros passam, mas agora estão se movendo em uma velocidade diferente. Todos esses comportamentos fornecem aos pesquisadores pistas sobre a composição química e a estrutura interna do material.

p Portanto, adicionar uma câmera mais sofisticada a um microscópio pode fazer uma grande diferença nos dados que os pesquisadores podem coletar.

p O laboratório de Taheri é o primeiro a usar esse tipo de câmera, uma câmera de detecção direta Gatan K2, com um microscópio de espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS) - um tipo que tira suas inferências sobre uma amostra medindo quanta energia os elétrons perdem quando passam por ela. A tecnologia EELS é normalmente usada por pesquisadores que tentam determinar quais elementos estão presentes em uma amostra ou a estrutura química de um determinado elemento. Mas, ao adicionar a câmera de detecção direta ao sistema, A equipe de Drexel pode ambos determinar quais elementos estão presentes e entender a ligação química de cada um.

p "A detecção direta fornece dados de resolução de energia mais alta, que nos ajuda a entender como os átomos estão ligados, e fornece um maior campo de visão de energia, permitindo-nos ver mais elementos de uma vez, "Hart disse.

p A alta sensibilidade da nova câmera significa que ela pode sondar um material com mais cuidado, expondo-o a uma dose menor de elétrons, do que outros microscópios que emitem um feixe mais poderoso através da amostra. Por causa disso, pode ser usado para estudar amostras mais frágeis, como vírus e bactérias.

p "Usar o sensor de detecção direta de baixo ruído basicamente reduzirá o número de elétrons necessários para a análise por um fator de 2-5, para amostras biológicas que são facilmente destruídas sob o feixe de elétrons, isso faz uma grande diferença. Também, se quisermos observar alguma reação rápida, isso nos permite ir para taxas de quadros mais altas ", disse Hart.

p Para fazer funcionar, Gatan teve que desenvolver sua própria interface de software com EELS e um protocolo para operá-lo - o que não é uma tarefa fácil, considerando que o dispositivo captura até 1, 600 quadros por segundo, o que equivale a cerca de 2 gigabytes de dados, e funciona tão quente que precisa de uma circulação constante de água para mantê-lo fresco.

p "Um dos maiores desafios da coleta de dados de alta taxa de quadros é o armazenamento e o processamento. No mínimo do K2, está gerando 400 imagens por segundo, cada um tem 16 milhões de pixels, e isso tudo se soma, "disse Andrew Lang, um pesquisador de doutorado no laboratório de Taheri. "Nosso rack de servidor pode lidar com mais de 3 gigabytes por segundo de dados com alguns dos arrays de unidade de estado sólido mais rápidos disponíveis hoje."

p Mas todo esse esforço vale a pena, de acordo com a equipe, quando você pode obter uma resolução mais alta, dados mais limpos em um período de tempo mais curto do que usando uma câmera convencional. A equipe está usando o K2 para examinar materiais que estão em desenvolvimento para componentes de computador, armazenamento de energia e blindagem eletromagnética, e eles sugerem que também pode ser usado para estudar vírus e bactérias.