CityU se convierte en la primera universidad del mundo en fabricar microscopios electrónicos de diseño propio de última generación
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Un equipo de investigación de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) es pionero en tecnología avanzada para el autodiseño y la fabricación de microscopios electrónicos (EM) de próxima generación. CityU es la primera universidad del mundo en lograrlo.
Un equipo dirigido por el profesor Chen Fu-rong, profesor titular del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, ha desarrollado un sistema EM compuesto por una fuente de electrones pulsados, una cámara rápida, un sistema de vacío de bombeo por etapas y un corrector de aberraciones. Es el primer microscopio electrónico de resolución temporal integrado con modos de microscopio electrónico de transmisión y de barrido en un formato compacto desarrollado por un equipo de investigación de una universidad.
El objetivo final del equipo es desarrollar un EM «cuántico» en miniatura de alta resolución espacial-temporal que pueda usarse para estudiar la dinámica atómica de materiales sensibles al haz.
Dado que los EM son capaces de generar imágenes a una resolución significativamente más alta que los microscopios ópticos y proporcionan mediciones y análisis a escala micro-nano e incluso atómica, son muy buscados, especialmente en medicina, ciencias de la vida, química, materiales, circuitos integrados. y otras industrias de investigación.
El equipo ha superado algunos problemas de larga data en el desarrollo de EM. Actualmente, los EM no pueden superar el cuello de botella científico del daño por radiación en una muestra y se limitan a una vista estática de la muestra, lo que dificulta su capacidad para estudiar materiales sensibles a moléculas pequeñas y haces de electrones. Además, su tamaño limita su aplicación en entornos que requieren mucho espacio, como transbordadores espaciales y naves y dispositivos de investigación en aguas profundas y tierras profundas.
Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación de CityU innovó un diseño de bombeo diferencial para mejorar la calidad de la imagen y desarrolló los deflectores de electrones retrodispersados y secundarios para permitir funciones básicas de escaneo, ampliación, generación de imágenes y observación de muestras líquidas y materiales sensibles al haz.
El equipo también diseñó fuentes de electrones pulsados y la cámara rápida que se puede usar con un EM de escritorio. Al equipar la cámara rápida con un deflector, la velocidad de captura de imágenes no se limita al tiempo de lectura. Esta es la primera vez que se puede verificar un concepto de este tipo en un sistema EM de escritorio. Además, el equipo diseñó un corrector de aberraciones, que puede mejorar aún más la resolución de las imágenes.
Con los diseños innovadores mencionados anteriormente, el novedoso EM puede generar una imagen de una muestra en cinco minutos, logrando una resolución espacial a nanoescala y una ampliación de más de 105 veces para observación y análisis en nanoescala.
En el futuro, con la capacidad de diseñar y mantener los derechos de propiedad intelectual de forma independiente, el equipo podrá producir EM en miniatura personalizados a un costo menor. Por ejemplo, se espera que el microscopio electrónico de escritorio LaB6 se venda al 60% del precio de productos similares en el mercado. “La miniaturización de los instrumentos de gama alta es una tendencia inevitable en el desarrollo industrial”, dijo el profesor Chen, al mismo tiempo director de la Unidad de EM ambiental corregida por aberraciones resueltas en el tiempo y director del Instituto de Investigación Shenzhen Futian en CityU.
Con el apoyo del gobierno del distrito de Futian, el equipo es el único grupo de investigación universitario que ha producido varios EM de alta gama.
El equipo de investigación está desarrollando un microscopio electrónico de transmisión de barrido de escritorio (STEM) de alta resolución espacio-temporal que utiliza conos huecos pulsados para permitir la observación y reconstrucción de estructuras de proteínas en 3D a temperatura ambiente y en condiciones líquidas. Esto supera la limitación actual de observar estructuras de proteínas solo en condiciones de temperatura extremadamente baja utilizando microscopía crioelectrónica.
La siguiente etapa es establecer un centro de fabricación y diseño electroóptico líder en el mundo en el Área de la Gran Bahía que se centrará en la transferencia de tecnología y la investigación de la tecnología de la óptica de electrones.
“Este centro tiene como objetivo derivar tecnologías relacionadas con la óptica de electrones para empresas establecidas y nuevas”, dijo el profesor Chen.
El objetivo es mantenerse 15 años por delante de las otras instalaciones de usuarios de EM del mundo en términos de instrumentación y ciencia, agregó.
El centro se organizará en torno a la óptica electrónica novedosa para dar servicio a una serie de EM de alta resolución espacio/temporal dedicados a aplicaciones científicas, como la fotosíntesis artificial, los materiales cuánticos y la ciencia del agua, en entornos con una variedad variada de estímulos externos (por ejemplo, electricidad campos, láseres, altas temperaturas y bajas temperaturas) que hoy no son accesibles.
Esta plataforma conducirá a avances en dispositivos cuánticos, energía futura, ciencias de la vida y medicina, dijo el profesor Chen, lo que ayudará a transformar los hallazgos de investigación del equipo en aplicaciones con beneficios para el mundo real y estimulará la colaboración entre la industria y la academia.
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Un equipo de investigación de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) es pionero en tecnología avanzada para el autodiseño y la fabricación de microscopios electrónicos (EM) de próxima generación. CityU es la primera universidad del mundo en lograrlo.
Un equipo dirigido por el profesor Chen Fu-rong, profesor titular del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, ha desarrollado un sistema EM compuesto por una fuente de electrones pulsados, una cámara rápida, un sistema de vacío de bombeo por etapas y un corrector de aberraciones. Es el primer microscopio electrónico de resolución temporal integrado con modos de microscopio electrónico de transmisión y de barrido en un formato compacto desarrollado por un equipo de investigación de una universidad.
El objetivo final del equipo es desarrollar un EM «cuántico» en miniatura de alta resolución espacial-temporal que pueda usarse para estudiar la dinámica atómica de materiales sensibles al haz.
Dado que los EM son capaces de generar imágenes a una resolución significativamente más alta que los microscopios ópticos y proporcionan mediciones y análisis a escala micro-nano e incluso atómica, son muy buscados, especialmente en medicina, ciencias de la vida, química, materiales, circuitos integrados. y otras industrias de investigación.
El equipo ha superado algunos problemas de larga data en el desarrollo de EM. Actualmente, los EM no pueden superar el cuello de botella científico del daño por radiación en una muestra y se limitan a una vista estática de la muestra, lo que dificulta su capacidad para estudiar materiales sensibles a moléculas pequeñas y haces de electrones. Además, su tamaño limita su aplicación en entornos que requieren mucho espacio, como transbordadores espaciales y naves y dispositivos de investigación en aguas profundas y tierras profundas.
Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación de CityU innovó un diseño de bombeo diferencial para mejorar la calidad de la imagen y desarrolló los deflectores de electrones retrodispersados y secundarios para permitir funciones básicas de escaneo, ampliación, generación de imágenes y observación de muestras líquidas y materiales sensibles al haz.
El equipo también diseñó fuentes de electrones pulsados y la cámara rápida que se puede usar con un EM de escritorio. Al equipar la cámara rápida con un deflector, la velocidad de captura de imágenes no se limita al tiempo de lectura. Esta es la primera vez que se puede verificar un concepto de este tipo en un sistema EM de escritorio. Además, el equipo diseñó un corrector de aberraciones, que puede mejorar aún más la resolución de las imágenes.
Con los diseños innovadores mencionados anteriormente, el novedoso EM puede generar una imagen de una muestra en cinco minutos, logrando una resolución espacial a nanoescala y una ampliación de más de 105 veces para observación y análisis en nanoescala.
En el futuro, con la capacidad de diseñar y mantener los derechos de propiedad intelectual de forma independiente, el equipo podrá producir EM en miniatura personalizados a un costo menor. Por ejemplo, se espera que el microscopio electrónico de escritorio LaB6 se venda al 60% del precio de productos similares en el mercado. “La miniaturización de los instrumentos de gama alta es una tendencia inevitable en el desarrollo industrial”, dijo el profesor Chen, al mismo tiempo director de la Unidad de EM ambiental corregida por aberraciones resueltas en el tiempo y director del Instituto de Investigación Shenzhen Futian en CityU.
Con el apoyo del gobierno del distrito de Futian, el equipo es el único grupo de investigación universitario que ha producido varios EM de alta gama.
El equipo de investigación está desarrollando un microscopio electrónico de transmisión de barrido de escritorio (STEM) de alta resolución espacio-temporal que utiliza conos huecos pulsados para permitir la observación y reconstrucción de estructuras de proteínas en 3D a temperatura ambiente y en condiciones líquidas. Esto supera la limitación actual de observar estructuras de proteínas solo en condiciones de temperatura extremadamente baja utilizando microscopía crioelectrónica.
La siguiente etapa es establecer un centro de fabricación y diseño electroóptico líder en el mundo en el Área de la Gran Bahía que se centrará en la transferencia de tecnología y la investigación de la tecnología de la óptica de electrones.
“Este centro tiene como objetivo derivar tecnologías relacionadas con la óptica de electrones para empresas establecidas y nuevas”, dijo el profesor Chen.
El objetivo es mantenerse 15 años por delante de las otras instalaciones de usuarios de EM del mundo en términos de instrumentación y ciencia, agregó.
El centro se organizará en torno a la óptica electrónica novedosa para dar servicio a una serie de EM de alta resolución espacio/temporal dedicados a aplicaciones científicas, como la fotosíntesis artificial, los materiales cuánticos y la ciencia del agua, en entornos con una variedad variada de estímulos externos (por ejemplo, electricidad campos, láseres, altas temperaturas y bajas temperaturas) que hoy no son accesibles.
Esta plataforma conducirá a avances en dispositivos cuánticos, energía futura, ciencias de la vida y medicina, dijo el profesor Chen, lo que ayudará a transformar los hallazgos de investigación del equipo en aplicaciones con beneficios para el mundo real y estimulará la colaboración entre la industria y la academia.
