La comprensión de la estructura microscópica de un material es clave para comprender cómo funciona y sus propiedades funcionales. Los avances en campos como la ciencia de los materiales han impulsado cada vez más las habilidades para determinar estas características a resoluciones aún más altas. Una técnica para obtener imágenes a resolución a nanoescala, transmisión electrónicaLa microscopía TEM es un ejemplo de tecnología prometedora en esta área. Recientemente, los científicos encontraron una manera de aprovechar el poder de TEM para medir la estructura de un material con la resolución más alta posible, determinando la posición 3D de cada átomo individual.
Presentando su trabajo en el Congreso de Imagenología Óptica Aplicada de OSA del 25 al 28 de junio, en Orlando, Florida, EE. UU., Un equipo de investigadores ha demostrado una técnica que utiliza la tomografía TEM para determinar las posiciones 3D de átomos muy dispersos. Mediante simulación,El grupo demostró que es posible reconstruir los potenciales atómicos con resolución atómica utilizando solo mediciones de intensidad de imagen, y que es posible hacerlo en moléculas que son muy sensibles a los haces de electrones.
"La microscopía electrónica de transmisión se usa ampliamente tanto en la ciencia de los materiales como en la biología", dijo Colin Ophus, Centro Nacional de Microscopía Electrónica, Lawrence Berkeley National Lab, Berkeley, California, y miembro del equipo de investigación. "Porque resolvemos completamente elpropagación no lineal del haz de electrones, nuestro método de reconstrucción tomográfica permitirá una reconstrucción más cuantitativa de muestras débilmente dispersas, a una resolución más alta o incluso atómica ".
Al igual que la tomografía computarizada TC realizada para imágenes médicas en hospitales se construye utilizando una serie de imágenes de sección transversal bidimensionales en diferentes incrementos, la tomografía electrónica construye un volumen tridimensional al rotar las muestras de forma incremental, recolectando dosimágenes tridimensionales. Si bien la mayoría de las imágenes de tomografía computarizada en los hospitales se realizan con rayos X para determinar las características de cosas más grandes como los huesos, los haces de electrones utilizados en TEM permiten a los investigadores mirar con una resolución significativamente más alta, hasta la escala atómica.
"Sin embargo, en la escala atómica no podemos descuidar los efectos mecánicos cuánticos muy complejos de la muestra en el haz de electrones", dijo Ophus. "Esto significa que en nuestro trabajo, debemos usar un algoritmo mucho más sofisticado para recuperar la estructura atómica".que los utilizados en una resonancia magnética o tomografía computarizada "
La configuración TEM que usó el grupo midió la intensidad de energía que golpea el sensor del microscopio, que es proporcional al número de electrones que golpean el sensor, un número que depende de cómo esté configurado el haz de electrones para cada experimento. Uso de los datos de intensidad, el nuevo algoritmo diseñado por el grupo unió las imágenes proyectadas bidimensionales en un volumen 3D.
Sin embargo, hacer el salto a tres dimensiones con grandes campos de visión puede gravar exponencialmente a las computadoras más que tratar con imágenes 2D únicas. Para solucionar esto, modificaron su algoritmo para usarlo en unidades de procesamiento gráfico GPU, que puedenrealizar muchas más operaciones matemáticas en paralelo que las unidades de procesamiento informático CPU típicas.
"Podemos obtener resultados en un tiempo razonable para dimensiones de muestra realistas", dijo David Ren, miembro del equipo.
Con enlaces generalmente más débiles entre sus átomos, las biomoléculas pueden ser notoriamente difíciles de estudiar usando TEM porque los haces de electrones utilizados para estudiar una aleación de metal, por ejemplo, típicamente desgarrarían una biomolécula. Sin embargo, al reducir la dosis de electrones en una muestra,puede crear imágenes que son tan ruidosas, otros algoritmos actualmente en uso no pueden reconstruir una imagen 3D. Gracias a un modelo físico más preciso, el nuevo algoritmo del equipo tiene la capacidad.
Ahora que han desarrollado completamente el algoritmo de reconstrucción, el equipo dijo que esperan aplicar lo que han observado de las simulaciones a los datos experimentales. Planean hacer que todos sus códigos de reconstrucción estén disponibles como código abierto para la comunidad de investigación en general.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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