電子顯微鏡的新貴智能電鏡初出茅廬 它的作用是什么

新型工業(yè)掃描電鏡受到越來(lái)越多的重視，高分辨率數(shù)據(jù)有海量需求，特別是材料和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 然而長(zhǎng)期以來(lái)，電鏡的潛在問(wèn)題---用戶使用操作繁雜的問(wèn)題尚未解開(kāi)，一定程度上影響了儀器的普及推廣。

本文介紹工業(yè)掃描電鏡的新貴——智能電鏡。著重描述其多重的自動(dòng)化功能。智能目的是讓電鏡成為科研和工程上得心應(yīng)手的利器，發(fā)揮工具的作用。

新年伊始，國(guó)產(chǎn)新型掃描電鏡如黑馬騰空而起，超高速性能達(dá)到前所未聞的新高度。掃描電鏡成像速率實(shí)現(xiàn)雙通道100M像素/秒。即代表表面形貌的二次電子（SE）和代表成分信息的背散射電子（BSE）同步成像，達(dá)到2x100M像素/秒。以單通道舉例而言，產(chǎn)生某一幅可辨認(rèn)的生物組織BSE模式圖像約花260ms。 同樣條件下，國(guó)外某知名品牌同檔機(jī)型需花26000ms，國(guó)產(chǎn)掃描電鏡成像速度快了一百倍。

2x200幀/秒@512x512的高速攝像能力， 或2x60幀/秒@1024x1024即兩倍于視頻高清成像，可實(shí)現(xiàn)捕捉動(dòng)態(tài)過(guò)程。在1.2秒內(nèi)雙通道大范圍高清成像，對(duì)觀測(cè)一覽無(wú)遺。電鏡一天可自動(dòng)采集產(chǎn)生2 至 8TB數(shù)據(jù)量。方便地構(gòu)建全景“地圖”集，沒(méi)有懸念。超微結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)成為可能。

快速生成清晰圖像是掃描電鏡的精髓。在最佳工作距離條件下， 新型電鏡分辨率可達(dá)1.0nm@10kV或 1.5nm@1kV。隨之而來(lái)的是老問(wèn)題：如何方便地調(diào)試操作和維護(hù)電鏡？ 這便是智能電鏡的由來(lái)。

什么是智能電鏡？開(kāi)發(fā)智能電鏡的初衷是突破傳統(tǒng)觀念，打消使用誤區(qū)，提供簡(jiǎn)便環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。智能電鏡功能模塊示意圖如圖一所示。具體而言，不妨用“五個(gè)自動(dòng)”功能來(lái)概括， 即自動(dòng)巡檢、自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)對(duì)中、自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)操作。

圖一 智能電鏡功能模塊示意圖

工業(yè)掃描電鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)主要由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈組成。電子束由電子源發(fā)出，熱場(chǎng)發(fā)射電子槍保證有足夠的初始電子發(fā)射到樣品上。加速電壓設(shè)在0.1 - 12kV范圍。加速電壓越高，電子速度越快，焦距就越長(zhǎng)，景深也越大。

電磁透鏡的磁場(chǎng)作用力不改變電子運(yùn)動(dòng)的速度，只改變電子運(yùn)動(dòng)方向。高速的靜電偏轉(zhuǎn)器置于物鏡內(nèi)，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且保證大掃描場(chǎng)觀察時(shí)邊緣的象差較小，以達(dá)到圖像高分辨率。 偏轉(zhuǎn)器控制光束聚焦在樣品上快速掃描。探測(cè)器收集二次電子和背散射電子等信號(hào)。經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便可得到電子圖像信息。

電鏡系統(tǒng)開(kāi)機(jī)自檢。巡查之后隨即進(jìn)入工作狀態(tài)。一反以往從上至下反復(fù)調(diào)整的過(guò)程。電鏡觀察前光學(xué)導(dǎo)航模塊會(huì)自動(dòng)地定位、尋地和導(dǎo)航，免去耗費(fèi)大量人工在鏡前尋找觀察區(qū)域，將工程人員從繁鎖的調(diào)試中解放出來(lái)。系統(tǒng)內(nèi)置定期全面自檢，將電子光學(xué)系統(tǒng)調(diào)節(jié)到連續(xù)運(yùn)作最佳狀態(tài)。

自動(dòng)巡檢離不開(kāi)支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定體系。發(fā)射源的穩(wěn)定起著首要作用。 一周發(fā)射電流波動(dòng)　　一周發(fā)射電流波動(dòng)《1%，保障了基本性能。

　　制備技術(shù)與電鏡緊密配合，大量的樣本在電鏡中連續(xù)觀察，是提高工作效率的關(guān)鍵之一。 以生物樣品為例，要觀察的生物樣本塊要經(jīng)過(guò)環(huán)氧包埋等樣品處理，使其變硬好切，之后在切片機(jī)上被切成幾十納米的薄片。切后的薄片落入收集水槽中被傳送帶捕獲，順次以條帶排列被收集在圓硅片上面。圓硅片上可以平整的收集幾十片乃至上百片樣品，然后承載樣品傳送入電鏡樣品臺(tái)，一次性進(jìn)行大量樣本的觀察。

　　 10余厘米邊長(zhǎng)的見(jiàn)方樣品臺(tái)沿著X軸和Y軸精密導(dǎo)軌行程自由位移。樣品重復(fù)定位精度達(dá)200nm。這就避免了每次重調(diào)位置的必要性。

　　電鏡成像要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，還需要制備技術(shù)同步跟上。制備與電鏡的無(wú)縫銜接，樣品直接切片收集，必要時(shí)可采用條帶或卷盤(pán)機(jī)方式自動(dòng)傳送進(jìn)入電鏡。