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未来超高清晰电子显微镜能透视活体单细胞

电子显微镜用电子束而不是光束来给样本成像。电子显微镜图像的分辨率为0.2-10纳米,是传统光学显微镜的10-1000倍。电子显微镜能够将样品放大两百万倍,而光学显微镜的最大放大倍数为2000倍。

然而,生物学家一直不能用功能这么强大的电子显微镜观察活体标本。因为电子束会破坏样品。在电子显微镜成像时一个样品接收到辐射剂量等同于10万吨当量的氢弹在30米远外爆炸所释放的辐射量。

暴露于这种高能电子束时,生物标本结构将迅速奔溃、一些化学键被修饰或者其他一些结构破坏。

虽然当前存在一个特殊的容器能够使样品保存在高度真空下水环境中,也已达到电子显微镜观察的需求,但是在使用现有的电子显微镜观察生物样本前,样品需要用化学方法保存或者冷冻处理,这些方法都能杀死细胞。

在初步设想的量子力学装置中,电子束不会直接打在在被观察的物体上。相反,一个电子束能绕着一上一下排列的两个环中的一个飞行。这两个环放得足够近以便电子能在它们之间很容易的跳跃。然而,如果将一个物体(比如一个细胞)放在两个环的中间,那么它将阻止电子跳跃,电子将被限定在一个环中。这个装置能够一次扫描样品的一个像素(pixel),将这些像素组合起来能够拼出整个样品的图像。但无论何时电子被捕获了,系统将显示一个黑的像素在那个地方。

虽然还有些技术上的困难(比如阻止成像电子与显微镜金属中的电子相互作用)需要突破,但是Yanik  相信这种新型显微镜的分辨率最终能够达到几个纳米。这个水平的分辨率能够让科学家观察分子在活体细胞内的情况,比如酶在活细胞中的活动,甚至是构建DNA的单个核酸分子图。

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