Czy można odmłodzić mikroskop TEM? (cz. 2, kamery)
Kamery TEM – (nowe) oczy mikroskopu
Obrazy TEM (tj. w trybie wiązki równoległej) historycznie były rejestrowane na kliszach fotograficznych, które mają swój urok, całkiem dobrą wydajność kwantową detekcji (DQE), ale proces ich montażu w mikroskopie oraz wywoływania był długi i niepraktyczny. Klisze zostały wyparte przez cyfrowe kamery ze scyntylatorem sprzężonym z sensorem CCD. To był prawdziwy przeskok – obraz był od razu, dawka wiele mniejsza, ciemnia niepotrzebna, a ilość zdjęć niegraniczona… i można było „fotografować” cechę, a nie wyobrażenie, że ona tam jest. Nawet te gorsze kamery CCD ze sprzężeniem soczewkowym (w odróżnieniu od światłowodowego) dawały efekt „wow”. Z czasem szybkość kamer CCD oraz ich rozdzielczość (w pikselach) zwiększały się aż do … wprowadzenia dzisiejszej technologii CMOS, gdzie doszliśmy do setek klatek na sekundę i typowej rozdzielczości 4k x 4k. Przy tak dużych chipach pole widzenia jest tak szerokie, że tradycyjny podział na kamery szerokiego pola do portu górnego i wysokiej rozdzielczości do dolnego stał się nieaktualny. Duża szybkość akwizycji CMOS pozwoliła również na przekonanie ostatnich zwolenników klisz – obrońców ich dobrej czułości. Kamery bezpośredniej detekcji (DED), w których nie ma scyntylatora, mają ok. 2x lepsze DQE niż klisze i znakomicie sprawdziły się dla próbek czułych na wiązkę. Popatrzcie na krio-TEM i rekonstrukcje 3D białek; to działa!
W Polsce, poza relatywnie nowymi mikroskopami, standardem są kamery CCD o rozdzielczości 1-3 megapikseli i o czasach akwizycji w pełnej rozdzielczości od 0,25 s do 2 s. Typowo w mikroskopach biologicznych są one w porcie górnym (bocznym) i mają sprzężenie soczewkowe między scyntylatorem a matrycą CCD, nie dając przez to dobrych rozdzielczości. Natomiast pozostałe mikroskopy, bliższe inżynierii materiałowej, są sprzężone światłowodowo, są w porcie dolnym i mają ograniczone pole widzenia. Osobnym problemem jest to, że nie zawsze te ostatnie są wysuwane, utrudniając łatwy upgrade układu detekcji STEM. Wszystkie te kamery mają wspólną cechę – są powolne. Cierpią one również na klasyczną chorobę: „albo rozdzielczość albo pole widzenia”. Dodatkowo kamery te coraz częściej przestają być serwisowalne – dostęp do części zamiennych jest coraz trudniejszy i serwis musi uciekać się do swoich „sposobów”, ale z czasem i te się wyczerpią. Dlatego o wymianie starszej kamery warto pomyśleć już dziś – to nie tylko ciągłość pracy, ale i nowe możliwości.
Wymiana kamery najbardziej spektakularny upgrade mikroskopu TEM. Im starszy mikroskop i jego kamera, tym bardziej jest to widoczne. Zysk to nie tylko nowa jakość pracy, ale przede wszystkim szybkość, pole widzenia, rozdzielczość i dostęp do nowych technik. Z kamerą CMOS, ogniskowanie i stygmowanie przestanie być próbą cierpliwości (klik-1s-klik-1s…). Szybkie algorytmy korekcji dryfu pozwolą na natychmiastową akwizycję obrazów bez oczekiwania na stabilizację termiczną próbki i holdera oraz na badanie próbek problematycznych, w tym na analizę mechanizmów uszkodzeń radiacyjnych. Jeśli praktykujecie mikroskopię in situ, to możecie zyskać dostęp do akwizycji i zapisu z szybkością kilkuset klatek na sekundę. Jeśli Wasze materiały są czułe na wiązkę i/lub praktykujecie krio-TEM, to kamery DED otworzą nowe możliwości.
Warto zauważyć, że nie mając środków na nowy mikroskop, ale pozostając w zakresie klasycznego trybu TEM, tj. prowadząc badania z kontrastem absorpcyjnym (biologia) oraz dyfrakcyjnym i w pewnym zakresie fazowym (inżynieria materiałowa), upgrade kamery jest aplikacyjnie i kosztowo zasadny. Nawet w relatywnie starym mikroskopie, tryb TEM jest bowiem nie aż tak dużo gorszy niż we współczesnych (nieskorygowanych) mikroskopach, czego nie można powiedzieć o trybie STEM. Co ciekawe dobra kamera CMOS znajdzie również zastosowanie w trybie STEM do realizacji techniki 4D-STEM.
Doposażenie mikroskopu w nową kamerę wymaga nie tylko dyskusji o potrzebach celem doboru typu i modelu, ale również wielu sprawdzeń technicznych pod względem kompatybilności sprzętowej i programowej oraz wpływu na inne tryby pracy mikroskopu TEM. Mimo, że istnieją pewne ograniczenia, to nasze doświadczenie pozwala na wymianę kamer w mikroskopach wszystkich producentów. To nie tylko spektakularny, ale i dość bezpieczny upgrade.
W ostatnich latach, Labsoft dokonał wymiany kamer w mikroskopach w Śląskim Uniwersytecie Medycznym, na Wydziale Chemii UJ, w Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych oraz na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej ZUT.
Zainteresowanych zapraszam do kontaktu,
Sebastian Arabasz
sebastian.arabasz@labsoft.pl