改进电子显微镜—延伸近场

“我们是否无法让电子显微镜更高倍?”是Richard Feynman在其1959年著名的演讲‘There’s plenty of room at the bottom’中所提出的一个问题。Feynman教授声称,相较于其它技术,电子显微镜的时日显然是“一百年太短”,而且它们的性能远非电子衍射所限。

自此后,电子显微镜开始蓬勃发展,主要进程集中在克服相差或者抑制显微镜电子波长。然而,两者都需要快速改善现有的昂贵显微镜配套设备。但是,事情亦可戏剧性地改变,或许你可以用一种更聪明的方式思考。John Cowley教授稍后提出,当电子束穿越一个重原子或者与其平行的一排原子(“原子聚焦器”),在原子聚焦器1到2nm范围内,将会形成小于0.05nm的很强的直径束。该源于近场的强的光束,或许能够用于扫描透射电子显微镜或者传统的透射电子显微镜,以期得到0.05nm 的图像分辨率,而同时只要求对现有的工具进行少量改进。

好的想法往往能重写一个更加光明的历史。现在,瑞士洛桑联邦理工学院的研究者们,已经用带有简单廉价的微球纳米显微镜虚拟成像成功证实了超分辨率显微镜。该示意图为连结油浸物镜纳米微球显微镜,呈现了透明玻璃微球位居细胞顶端和可视化信息由近场投射到远场。这产生了可借由经典显微物镜观察到的放大虚拟成像,这可以解决子衍射的特征,并且充当了水相或油相的物镜。

该课题组在水中进行的荧光实验表明,一个尺寸小至〜λ/ 8,即衍射极限四分之一的对象,都可以确定测量,同时可以得到放大5.4倍的图像。此外,该技术的潜力体现在解决了中心体、线粒体、染色体的荧光染色问题,并且研究了多四环素对鼠源肝细胞系线粒体编码蛋白表达的治疗效果。最后,该课题组负责人Martin Gijs 教授和他的同事对于前景十分乐观:归功于该方法的直观性,微球纳米显微镜将会是可对一系列的生物对象,如病毒、核酸和活细胞中的功能细胞器进行成像,并且不增加成本的,强大灵活的工具。

原文:Improving electron microscopy – extending the near-field far

翻译:郭珊珊