Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Метод электронной томографии бьет новый рекорд

Ключевые слова:  3D, UCLA, ПЭМ, электронная томография

Опубликовал(а):  Гольдт Илья

18 апреля 2012

Электронная томография является современным инструментом для визуализации объектов на микро- и наноуровнях, однако данный метод не позволяет обеспечить построение 3D-изображения на атомном уровне по ряду технических причин. Ученые Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) заявили, что они смогли преодолеть некоторые технологические ограничения, продемонстрировав новый подход к съемке - «равномерно наклонную томографию» (Equally Sloped Tomography), что, по мнению ученых, позволит добиться значительных успехов в исследовании наноматериалов, включая биологические образцы.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) представляет собой мощный инструмент визуализации объектов менее 0,1 мкм, нашедший широкое применение в материаловедении, нанотехнологии и биологии. Электронная томография (ЭТ) является продолжением метода ПЭМ, позволяющим получать подробные 3D-структуры макромолекулярных объектов. Этот метод также использует просвечивающий электронный микроскоп, однако в ходе съемки пучок электронов проходит через образец под разными углами, вращаясь вокруг его центра, что позволяет собрать информацию о трехмерном изображении объекта с разрешением в 5-20 нм. Методом ЭТ возможно исследовать надмолекулярную структуру белков и полипептидов, но его применения недостаточно для визуализации вторичной или третичной структуры белка.

Представление о том, как атомы расположены в кристаллической структуре, сыграло решающую роль в развитии современной науки и техники. Для выявления 3D атомных структур уже давно используются стандартные кристаллографические методы, также при помощи сканирующих зондовых микроскопов можно определить структуру поверхности на атомном уровне, при помощи электронных микроскопов - можно увидеть некоторые атомы отдельно (в двумерных проекциях кристаллических образцов).

Тем не менее, в настоящее время не существует прямого способа по определению 3D-структуры на атомном уровне без предварительного знания о структуре кристаллической решетки исследуемого образца и принятия допущения, что атомы строго соответствуют своим теоретическим позициям в структуре. Ученый Jianwei Miao и его коллеги из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) говорят, что ими уже проведены первые эксперименты, в которых они могут напрямую получать локальные 3D изображения структуры, не полагаясь на априорную информацию о кристаллической решетке. Исследователям удалось наблюдать отдельные атомы в некоторых участках наночастиц золота (d = 10 нм) и выявить в них нескольких зерен с пространственным разрешением всего 2,4 Å в трех измерениях. Полученные 3D изображения поверхности и внутренней структуры решетки согласуются с искаженной икосаэдрической структурой многократно сдвоенных частиц. Возможность определения структуры только посредством электронной томографии является одним из самых значимых достижений в этой области за последние несколько лет. В интервью nanotechweb.org Jianwei Miao заявил: «Это было сделано впервые».

Преодолеть ограничения

Одним из основных недостатков традиционной томографии является то, что для получения наиболее общей структуры образцы должны быть наклонены несколько раз и сняты при каждом новом угле наклона без изменения их состояния. Но проблема состоит в том, что излучение от электронных пучков, используемое в ПЭМ, ограничивает число возможных проекций от одного объекта, так как оно «разрушает» структуру исследуемого образца, изменяя форму и положение атомов. Другим недостатком метода является сложность его технологического исполнения, а именно возможности согласованного наклонения образцов вдоль общей оси на атомном уровне точности. Наконец, образцы не могут быть наклонены за пределами ± 79°, что означает, что данные не могут быть получены из «отсутствующего оптического клина».

Jianwei Miao и его коллеги смогли преодолеть все эти проблемы, применив новый метод выравнивания благодаря итерационной технологии томографической реконструкции и использования сканирующего просвечивающего электронного микроскопа с кольцевым темным полем (ADF-STEM). Использование аберрационно-корректирующих электронных линз в просвечивающем электронном микроскопе позволило исследователям UCLA значительно улучшить как разрешающую способность, так и качество изображения. Разрешение, которое удалость достигнуть американским ученым, при выявлении 3D-изображения, составило менее 0,5 Å.

Команда исследователей говорит, что она работает в этом направлении с 2005 года, первые исследования преследовали цель улучшить метод традиционной томографии, развивая технологию "равномерно наклонной томографии" (EST). Этот метод позволил ученым наклонять исследуемые образцы с очень маленьким шагом и выполнять их 3D-реконструкцию с помощью Фурье-итерационного алгоритма. Метод EST позволил существенно уменьшить необходимое количество проекций по каждому образцу, который автоматически означало более низкие дозы радиации при сохранении того же разрешения, контрастности и качества изображения.

«В нашей новой работе, мы объединили метод EST с другой нашей идеей - возможностью выравнивания проекций относительно центра масс частиц, что значительно сокращает статистические расчеты. Для получения 3D-изображения наночастицы золота на атомном уровне мы использовали всего 69 проекций», - объяснил Jianwei Miao.


Наночастица золота в 3D представлении

По мнению ученых, их общий метод может быть применен для определения локальной 3D структуры кристаллических, поликристаллических и даже неупорядоченных наноматериалов на атомном уровне. Также это может помочь улучшить пространственное разрешение и качество изображения при проведении электронной томографии биологических образцов.

Автор русского текста: Мария Раскина (ранее Поверенная)


Источник: Nature



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 20 апреля 2012 13:54 
а эта новость уже есть и в ПЕРСТ-Дайджест

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Магнитные жидкости в ИГЭУ
Магнитные жидкости в ИГЭУ

Все члены сборной России получили медали на 30-й Международной биологической олимпиаде для школьников
21 июля в Сегеде (Венгрия) подвели итоги 30-й Международной биологической олимпиады для школьников. Российская сборная на состязании завоевала три серебряные медали и одну бронзовую.

Шесть медалей завоевали российские школьники на 60-й Международной математической олимпиаде
Стали известны итоги 60-й Международной математической олимпиады для школьников, которая проходила в Бате (Великобритания). Российская сборная завоевала две золотые и четыре серебряные медали.

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.