Avanço da microscopia promete melhor imagem para materiais sensíveis

Uma equipe internacional de cientistas, liderada pelo Trinity College Dublin, criou um método inovador de imagem usando microscópios de última geração que reduz significativamente o tempo e a radiação necessários. O trabalho deles representa um avanço significativo que beneficiará várias disciplinas, da ciência dos materiais à medicina, pois o método promete fornecer imagens aprimoradas para materiais sensíveis, como tecidos biológicos que são especialmente vulneráveis ​​a danos.

Atualmente, microscópios eletrônicos de transmissão de varredura (STEMs) direcionam um feixe altamente focado de elétrons através de amostras, construindo imagens ponto por ponto. Convencionalmente, em cada ponto, o feixe para por um tempo fixo e predefinido, pausando para acumular sinal(ais).

Um pouco como câmeras usando filme fotográfico, isso produz imagens com um tempo de exposição constante em todos os lugares, independentemente das características na área da imagem. Os elétrons estão continuamente caindo na amostra até que o chamado “tempo de permanência” para cada pixel tenha passado. A abordagem convencional é simples de implementar, mas corre o risco de usar irradiação prejudicial excessiva que pode levar à transformação ou destruição da amostra.

O novo método, no entanto, revoluciona a abordagem subjacente, ao reconsiderar a lógica fundamental da geração de imagens. Em vez de observar por um tempo fixo e medir o número de “eventos” detectados — conforme os elétrons são espalhados de diferentes partes da amostra para construir uma imagem — a equipe desenvolveu um sistema de detecção baseado em eventos, onde eles medem o tempo variável necessário para detectar um número definido desses eventos.

Ambas as abordagens podem dar contraste de imagem de “taxa de detecção” equivalente, mas crucialmente, a nova teoria matemática por trás de sua abordagem mostra que o primeiro elétron detectado em cada posição de sondagem fornece muitas informações na construção da imagem, mas os acertos subsequentes de elétrons no mesmo ponto fornecem retornos de informação rapidamente decrescentes. E cada elétron no espécime traz o mesmo risco de dano.

Essencialmente, o novo método significa que você pode “desligar” a iluminação exatamente no pico da eficiência da imagem, precisando de menos elétrons para construir uma imagem de qualidade semelhante ou melhor.

Mas uma teoria sozinha não fornece um modo de radiação reduzida. Para concretizar isso, a equipe patenteou uma tecnologia (Tempo STEM) — em conjunto com a IDES Ltd. — que faz exatamente isso, combinando um “bloqueador de feixe” de alta tecnologia para fechar o feixe uma vez que a precisão desejada em cada ponto de medição na amostra tenha sido alcançada.

O Dr. Lewys Jones, professor assistente Ussher na Escola de Física do Trinity College Dublin, pesquisador da Royal Society-Science Foundation Ireland University e pesquisador do AMBER, o Centro de Pesquisa em Materiais Avançados e Bioengenharia do SFI, liderou a equipe por trás do artigo de pesquisa que foi publicado em Ciência.

Ele disse: “Combinar duas tecnologias já de ponta de uma forma tão empolgante proporciona um salto real nas capacidades do microscópio. Dar aos microscopistas a capacidade de ‘bloquear’ ou ‘obturar’ o feixe de elétrons ligado e desligado em questão de nanossegundos em resposta a eventos em tempo real nunca foi feito antes.

“Nossa abordagem reduz a dose geral de radiação necessária para produzir imagens de alta qualidade, elimina o excesso de dose que só estava gerando retornos decrescentes e evita causar danos desnecessários à amostra.”

Dr. Jon Peters, Trinity, é o primeiro autor do trabalho. Ele disse: “Tendemos a pensar em elétrons como relativamente suaves de uma perspectiva de radiação, mas quando eles são disparados em uma pequena amostra biológica a velocidades de cerca de 75% da velocidade da luz, não é surpresa que eles danifiquem essas amostras.

“Este tem sido um grande problema para a microscopia, pois as imagens que você obtém podem ser inutilizáveis ​​ou, pior, enganosas. Isso é obviamente problemático se você precisa tomar decisões sobre futuros materiais de bateria ou desenvolvimento de catalisador.”