运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

新型冠状病毒、艾滋病毒或普通流感病毒,在高分辨电子显微镜下都构成了一幅迷人的画面。美国在各种媒体,包括电视、报纸和网络上公布的图像是由戈登·乔伊斯博士等研究人员制作拍摄的,目的是帮助研究人员更好地开发最终将摧毁病毒的疫苗。

几年前,如果研究人员想要一个病毒的可视化图像,他们必须做一种艺术家般的渲染。乔伊斯是亨利·m·杰克逊军事医学发展基金会(Henry M. Jackson Foundation for the Advancement of Military Medicine)的员工,该基金会通过一项合作协议为沃尔特·里德陆军研究所(Walter Reed Army Institute of Research)的新兴传染病研究所(Emerging Infectious Disease Branch)提供研究支持。

“几年前,我们会有这样的漫画或艺术表现形式,”乔伊斯说。“但是现在,随着技术的进步,我们能够真正使用来自细胞的真实图像和病毒的真实图像。”乔伊斯说,在美国疾病控制与预防中心网站上看到的SARS-CoV-2的高分辨率图像部分是艺术化的,但在病毒灰色身体上看到的红色“尖头”是用电子显微镜拍摄的。

运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

电子显微镜下冠状病毒表现出的超微结构

乔伊斯说,x射线晶体学和电子显微镜是研究人员获取诸如SARS-CoV-2、HIV-1、MERS-CoV、流感或呼吸道合胞体病毒等令人惊叹的病毒图像的两种方法。研究人员使用电子显微镜扫描拍摄了多达一百万张病毒图像。然后,选择其中最好的10万张合成图像。背后基于很多数学计算来调整这些图片,最终获得这些高分辨率图片。

运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

通过X射线晶体学拍摄合成的呼吸道合胞病毒部分的原子模型

在过去的几年里,技术和处理能力无法完成如此庞大的任务。但如今,计算技术的进步使这成为可能。WRAIR的团队是使用x射线晶体学的专家,利用x射线晶体学来捕获新冠病毒的图像,这就像获得高分辨率卫星图像一样。有了这些信息,就能设计消灭病毒药物或激发人体免疫力的疫苗。实验室的研究人员培育了一种病毒的蛋白质晶体——只是病毒的一部分——然后用液氮冷却这些晶体。这些晶体被送往位于伊利诺斯州拉蒙特的阿贡国家实验室,在那里接受粒子加速器内沿光束射线的轰击。

运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

x射线结晶学收集的流感血凝素(中央,红色)原子模型

乔伊斯说,通过测量晶体的x射线散射可以确定任何被评估物的原子结构。从衍射模式出发,使用一套数学模型转换回原子细节,找到疫苗设计的关键点,也可为治疗方法和诊断方式提供技术信息。实验室人员可以远程控制光束加载和衍射实验,同步加速器上大约有40种不同的光束,可以选择性使用其中的一种来衍射我们的晶体。

运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

通过X射线晶体学收集的中东呼吸道病毒攻击与人抗体(右,紫色)结合的人细胞(左,红色)的部分的原子模型

运用x射线晶体学技术不需要像以往那样捕捉那么多的图像,100到400张图像即可,而不是电子显微镜下的10万张,但必须培育出一种非常好蛋白质晶体。这是比较棘手的工作。但一旦得到了高质量的晶体,那么数据收集就会非常快,结构测定也会非常快。

SARS-CoV-2病毒以红色的尖刺显示。病毒图像最初是用黑白图像捕捉的,然后用成像软件上色,以引起人们对病毒最相关部分的注意。研究人员通常选择他们认为最适合说明病毒的颜色。通常研究人员会给病毒涂上引人注目的颜色,比如红色,而倾向于给人类蛋白质涂上更冷的颜色,比如蓝色和绿色。

戈登将发布有史以来分辨率最高的SARS-CoV-2图像之一,但并不是整个病毒的图像。更确切地说,是病毒的一部分——表面那些“刺突”的一部分,是病毒致病的关键点。正是这种刺突穿透人体细胞并导致感染,这种刺突使是研究人员需要获得关键的信息,越详细越好,以便开发出疫苗。同时,将帮助小分子药物研发者在原子水平上理解SARS-CoV-2最重要的部分。在药物设计中移动一个原子或替换一个原子,在药效和活性上将产生巨大的差异。

运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

新冠病毒受体结合域(攻击人体细胞的部分)的原子模型

研究人员还获得了人类抗体与与新冠病毒结合的图像。这种抗体能够与大约15年前的SARS的早期变种病毒结合。这对新型冠状病毒疫苗的研发来说非常有利。SARS病毒与新冠病毒与人体细胞结合的区域是相同的。研究团队正在在使用这种抗体来评估候选疫苗。病毒的图像可以让每个人看到是什么能让人类患病,照片在新闻上很吸引人,但它们不只是艺术品。它们是想要找到治愈方法的研究人员的工具。高分辨率图像确实至关重要,能为设计疫苗提供原子细节。

运用电子显微镜及X射线晶体学拍摄利于疫苗研发的病毒艺术照

由x射线结晶学采集的寨卡病毒(中,粉红色)与两种人体抗体(左、右,紫色)结合的原子模型

在世界各地的实验室里,研究人员可以利用病毒图像和随附的数据文件,从原子层面获得有关病毒结构的细节,从而为设计疫苗和小分子药物提供帮助。电子显微镜及X射线晶体学图像技术将成为医疗对策研发的关键手段与途径。

本文摘自2020年3月17日美国国防部新闻报道

https://www.defense.gov/Explore/Features/Story/Article/2115411/high-resolution-virus-pictures-help-researchers-develop-vaccines/

「前沿技术」液相透射电子显微镜

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受美国陆军研究署资助,西北大学和田纳西大学的研究人员共同设计了一种液相透射电子显微镜,实现了高分辨率动态跟踪金属有机纳米管的生长过程。

「前沿技术」液相透射电子显微镜

图 动态跟踪金属有机纳米管的生长过程

绝大多数金属有机框架材料是三维或二维互连固体,可用于气体存储、多相催化等。金属有机纳米管是一维金属有机框架材料,其结构与碳纳米管类似,但对其生长过程的研究仅为静态观察。研究人员通过在两片氮化硅薄膜之间注入200 nm厚的金属盐和有机配体,构成液相透射电子显微镜芯片,将其置于普通透射电子显微镜中,组成液相透射电子显微镜。加热芯片中的金属盐和有机配体,生成有机金属纳米管(L1)Cu2Br2,在该过程中通过液相透射电子显微镜中的电子束照射金属盐和有机配体,获取投射图以分析有机金属纳米管的生长。研究发现:有机金属纳米管的最小尺寸为长300 nm、直径70 nm,最大尺寸为长4 μm、直径600 nm。液相透射电子显微镜可动态观察有机金属纳米管的生长过程,且不影响其成核和长大。

这项研究为分析和控制金属有机纳米管的生长提供了可靠手段,将促进新型金属有机框架材料的制备。

(蓝海星)

1

高通量纳米天线

2

原子级精度可控折叠石墨烯纳米结构

3

记录细胞内信号的U形纳米晶体管探针

4

光角动量纳米传感器

5

激光驱动的航天器纳米光帆

「前沿技术」液相透射电子显微镜

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「前沿技术」液相透射电子显微镜

电子显微镜再获突破!磁性材料直接的原子分辨成像

在传统电子显微镜中,对磁性材料进行原子分辨率的观察特别困难,因为高磁场不可避免地施加在磁性物镜内的样品上。新开发的磁物镜系统为样品位置提供了一个无磁场环境。这使得直接,原子分辨率成像的磁性材料,如硅钢。这种新型电子显微镜有望广泛应用于先进磁性材料的研究和开发。在日本科学技术厅JST-SENTAN项目下,东京大学Shibata Naoya教授和JEOL Ltd:

电子显微镜再获突破!磁性材料直接的原子分辨成像

联合开发团队开发了一种革命性的电子显微镜,新型电子显微镜结合了新设计的磁性物镜,实现了对材料的亚空间分辨率直接原子分辨率成像,在试样位置处残余磁场小于0.2 mT。据我们所知,这是第一次实现这一目标。自1931年透射电子显微镜(TEM)开创性发明以来的88年里,研究人员一直在追求更好的空间分辨率。设计小透镜像差系数的磁性物镜是必要的。

电子显微镜再获突破!磁性材料直接的原子分辨成像

用于扫描TEM (STEM)像差校正透镜系统已达到亚空间分辨率。目前用于原子分辨率TEMs/ stem磁凝物镜系统的一个关键缺点是,样品必须插入高达2-3 t非常高的磁场中。如此高的磁场会严重阻碍许多重要的软硬磁性材料原子分辨率成像

(此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

比如硅钢,因为强磁场会极大地改变甚至破坏材料的磁性,有时甚至是物理结构。近年来,新型磁性材料的发展迅速。由于原子尺度结构分析是上述技术的关键,长期以来一直需要解决这一问题。

电子显微镜再获突破!磁性材料直接的原子分辨成像

联合研究小组已经开发出一种新的无磁场物镜系统,其中包括两个圆形物镜,它们的位置与样品平面镜像对称。这种新透镜系统在样品位置提供极小的剩余磁场,同时将强激发的前/后物镜放置在离样品足够近的位置,获得原子分辨率成像所必需的短焦距条件。因此,样品中心附近产生的残余磁场远小于0.2 mT,是常规原子分辨率TEM/STEM成像磁性物镜值的1万倍。联合研究小组利用这个新系统观察了硅钢片的原子结构,硅钢片是最重要的软磁工程材料之一。

电子显微镜再获突破!磁性材料直接的原子分辨成像

这种薄膜被用作变压器和电动机的核心材料,其对单个缺陷的原子分辨率表征一直是人们所追求的。利用新开发的透镜系统,清晰地观察硅钢的分辨原子结构,实现了电子显微镜在无磁场环境下的直接原子分辨成像,实现了磁性材料前所未有的原子级结构表征。新研制的电子显微镜操作方法与传统TEMs/茎秆相同,有望促进各种纳米技术领域的进一步研究和发展。

这是买了一个电子显微镜么?Redmi K30 Pro上手体验

2019年Redmi宣布独立,到目前为止已经过去一年时间,这段时间内Redmi的声量和产品都博得了不少用户的注意。你很难想象曾经打败了山寨机的红米,摇身一变成了精神小伙。

当然,这也少不了卢伟冰的个人贡献。不吹不黑,Redmi这一年的产品确实为自己赢得了不少机会。最近,Redmi K30 Pro也发布了,一款甚至让老大哥都有些尴尬的手机究竟如何?下面我们一探究竟。

外观 拒绝套娃 Pro设计也要Pro

尽管去年Redmi K30就已经推出了,本以为Pro版本将会使用套娃形式。Redmi K30 Pro还是在很多地方动了刀子,相比很多Pro和标准版没外观区别的手机良心了不少。

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依然采用弹出式全面屏,现在越来越多的手机使用挖孔屏。但是弹出式还是有着自己的优势,将屏幕最大化,没有物理的阻碍,有利于追剧和游戏的沉浸感。特别是相比挖孔屏,弹出式会让内部结构更加复杂,下一次Redmi是否还会用这样高成本的方案呢?

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6.67英寸,使用的是三星AMOLED E3材质,有了500万比1的对比度和1200尼特的峰值亮度。有一点值得一提的是,Redmi K30 Pro首次使用了前后光线传感器,目的就是可以让手机在常规甚至是逆光环境下能够顺滑调整屏幕亮度,实际上这是很关键的体验,之前一直觉得Android手机不精致其中重要的原因就是这一方面,可见Redmi在用户体验方面确实研究得很透。

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Redmi K30 Pro背面使用了区别于Redmi K30的设计,四摄方案,笔者手中拿到的是月幕白配色,个人很喜欢这个白色。但是Redmi K30 Pro的白会在光线下泛一点蓝色,让白色得很有灵性。玻璃机身也让其本身平添了一丝质感,3D曲面照顾了手感。

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摄像头造型是奥利奥风格,这样饱满的设计比Redmi K30投币口要更好看。在光线下也会有一些衍射纹理的出现,让整个摄像头系统看上去不是那个单调。

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还有点很有意思,就是Redmi K30 Pro的电源键使用的是整体红色处理,也让用户有一个记忆点,这是Redmi的手机。

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还有一点应该表扬一下Redmi K30 Pro,那就线性马达的使用。当你第一次开机进入到系统时,中间设置的振动反馈一定会让你有些惊艳,卢伟冰也在手机预热时反复强调线性马达的中重要性,Redmi K30 Pro绝对是“哒哒哒”,没有让我失望,借助MIUI本身的优化,有了153中震感,从返回,到卸载,每个场景下反馈都不一样。

这是买了一个电子显微镜么?Redmi K30 Pro上手体验

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整体来看,Redmi K30 Pro在设计上继续用了不少心思。背部的设计改变,更复杂的弹出式保留,弹出式周围的光线特效,前后光线传感器的应用,线性马达的高级振动,都让Redmi K30 Pro保留自己的风格。

性能 骁龙865加持 该有的一个不落

Redmi K30 Pro作为目前Redmi旗下的旗舰机,性能自然不能输。骁龙865可以说是目前Android阵营中最强的处理器,A77架构,采用UFS 3.1,对于大文件复制、解压、读取等都有不小的优势,特别是LPDDR5的使用,也让整个读写更进一步。

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为了能够hold住手机的发热,Redmi K30 Pro直接使用了不锈钢VC液冷,散热面积为3435mm。因为很多Redmi的用户买来手机在游戏上都会花不少时间,所以手机能够更好控温对于体验是至关重要的。

双模5G和WiFi 6的支持也是必然的,这都是骁龙865带来的优势。同时,4700mAh的电池还有了33W的快充,尽管说充电效率不是最强,但是一个小时左右也能将手机从0充满,可以满足大多数人的预期。NFC,双频GPS,红外遥控也都有,甚至音质还会有一些小惊喜,你很难想象这是你印象中的Redmi。

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下面就直接测试一下用Redmi K30 Pro玩游戏如何。用帧率测试软件监控,画面HDR高清,帧率极高,也就是可以最高显示60帧的显示。经过大约分钟的游戏,平均帧率为59.6帧,整场下来没有感觉到卡顿。如果你把4D震感打开的话,还能感受到开抢的振动,让你的没抢都能感受到真实性,确实能够提升游戏的体验感,重要的是震感高级,不是那种闷闷的振动。

这是买了一个电子显微镜么?Redmi K30 Pro上手体验

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作为Redmi目前的旗舰机,骁龙865的支持,在内存通道上尽可能用了最好的硬件,在震感,音质等能够明显提升用户体验性的方面都做了重点优化,充电方面并没有用全力,好在33W可以说是成绩良好。整体的性能无需担心,在更激进的性价比战略之下,Redmi一定是尽可能做到最好的,毕竟Redmi的粉丝在这方面更加苛刻。

拍照 标准版微距过强 电子显微镜

Redmi K30 Pro分为标准版和变焦版,相比之个人更认为标准版的长焦微距更有可玩性。因为这些年变焦已经不是什么新鲜事了,下行的微距还没有手机玩得精致,Redmi K30 Pro则来破局。

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正好手中Redmi K30 Pro是标准版,后置四摄。包括了索尼686的6400万高清主摄,50mm长焦微距,123°超广角和人像景深镜头。四颗镜头各司其职,下面我们一起来看看拍照表现如何?

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先从Redmi K30 Pro最具可玩性的微距镜头说起,从上面的几张样张其实无需多言大家就能看出这颗微距镜头的实力。不管是白砂糖的细致形状,还是西红柿的果肉,特别是玉米渣的颗粒,不仅能够将细节放大,还拍出了精致感,说是电子显微镜也毫不为过吧。你也可以直接打开AI模式,在微距环境下Redmi K30 Pro依然可以对照片进行美化,这样出片更加高效。建议Redmi K30 Pro标准版的用户没事多用微距拍拍自己不曾注意的地方,真的会给你惊喜,特别是分享到朋友圈等社交平台,一定会引来不少点赞的。

这是买了一个电子显微镜么?Redmi K30 Pro上手体验

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当然,不仅仅是微距,在标准模式下Redmi K30 Pro也有着不俗的表现。例如在逆光环境下,绿叶的纹路并没有因此丢失,从近到远有所记录,同时天空并没有过曝,宽容度控制得还不错。在光线充足环境下,对焦很快,可以说是指哪打哪,上面样张中的第二朵花对焦,可以看到最前面的花已经被虚化,同时背景也有了相应虚化,前中后层次感还是有的。

这是买了一个电子显微镜么?Redmi K30 Pro上手体验

对于色彩有些集中的场景之下,Redmi K30 Pro还是凸显了本身6400万像素的高解析力,中心区域和周围解析力都保持了一致性,其实这样照片在拍摄的时候光线比较强,Redmi K30 Pro在压光方面表现不错。特别是在开了AI模式之后,照片明显会有不错的提升。

没有想到Redmi K30 Pro的标准版要比变焦版更惊喜,在看惯了长焦之后,微距的更能满足我们的好奇心,特别是很多常见的东西经过微距放大之后,你甚至有些怀疑拍摄的是不是本体,这可能就是摄影的乐趣,总是能挖掘很多意想不到的东西。

系统 MIUI加持 依然是最好用的Android定制系统

系统可以说是Redmi系手机的传统优势了,从设计美学到易用性再到使用效率,MIUI肯定是最成熟的系统之一。特别是在Redmi K30 Pro使用了线性振动马达之后,经过MIUI的优化,让振动场景有个明显提升,强烈建议开启振动模式,这是一种享受。

这是买了一个电子显微镜么?Redmi K30 Pro上手体验

除了AI在MIUI上将会继续深耕之外,多设备之间的协同也是MIUI未来发展的重点方向,毕竟多终端之间相互协同会给用户更佳的体验,也让用户粘性更强。

写在最后

说实话Redmi K30 Pro确实给了我不小的惊喜,不仅仅是微距镜头,还有振动手感以及光线调节。Redmi正在通过产品一点点拔高自己的品牌形象,Redmi K30 Pro甚至是让老大哥都有一些尴尬的产品。2999元起步,相信会捕获不少年轻用户的心。特别是在近两年国产手机价格持续走高冲向高端市场之时,Redmi的性价比似乎走得更加夯实了。所以,准备换手机的你会选择Redmi K30 Pro么?

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

“流浪的好奇”文字版开箱继续为大家开箱,喜欢观看视频版的朋友欢迎关注我们,进入我们的头条号主页进行点播。

在上个月的时候我们测评了一款百元的物理显微镜,今天我们来看看55元的数码显微镜的表现,这样的低价在数码显微镜里是否能淘到好产品。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

这款显微镜号称有1000倍的放大效果,自带LED光源,不仅仅支持PC端,还支持OTG功能,也可以通过WIFI模块和手机进行连接。商家称可以用在医疗、古董鉴定、工业、电路检测等行业,但是也承认看不了细胞、细菌以及微生物等,因此号称1000倍的数码显微镜并非生物显微镜,从商家承认的显微对象来看,1000倍这个放大效果明显是商家夸大了。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

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要在PC端使用,需要安装配套的软件。免驱动仅支持windows2000和XP,VISTA系统、win7win8还需要另行安装驱动,否则插上设备是无法使用的。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

这个特别的奇怪,别的设备是越早的系统需要驱动,这个是反着来,越新的系统反而需要安装驱动。安装相应的驱动和程序之后,“我的电脑”里就出现了摄像头的标志,双击打开,按数码显微镜上的拍照键就可以进行拍照了。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

我们在PC端尝试对电路板进行放大,从实测的放大效果上来看,验证了我们刚才的判断,1000倍是虚假的,放大倍数应该在10倍左右,缩水了100倍,看来这些外包装全英文的三无产品在产品宣传上,是没有什么不敢吹的。此外,清晰度也欠佳,底座重量不够,连接线太硬容易倒。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

在手机端使用,也是需要下载配套的APP,此外手机需要支持OTG功能或者另外加钱购买WIFI模块。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

这款55元的所谓数码显微镜总的来说,本质上就是一个电脑摄像头,要给它定义为数码显微镜,那真的是太看得起它了。本来55元的价格,其实就是一个普通摄像头的价钱,商家也不可能做亏本买卖,把高端的数码显微镜贱卖,因此也再次提醒喜欢贪图便宜的朋友,好货不便宜,便宜没好货,有想给孩子买显微镜的或者自己电子维修需要,这样的数码显微镜就不用考虑了。

测评50几元的数码显微镜,号称1000倍放大到底是真还是假?

好啦,感谢您的细心阅读,中立客观的开箱测评就在流浪的好奇实验室,欢迎您关注我们的头条号,我们下期再见!

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

扫描电子显微镜(SEM)

扫描电镜成像是利用细聚焦高能电子束在样件表面激发各种物理信号,如二次电子、背散射电子等,通过相应的检测器来检测这些信号,信号的强度与样品表面形貌有一定的对应关系,因此,可将其转换为视频信号来调制显像管的亮度得到样品表面形貌的图像。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

SEM工作图

入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量(30~50eV)激发核外电子脱离原子,能量大于材料逸出功的价电子从样品表面逸出成为真空中的自由电子,此即二次电子。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

电子发射图

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

二次电子探测图

二次电子试样表面状态非常敏感,能有效显示试样表面的微观形貌,分辨率可达5~10nm。

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二次电子扫描成像

入射电子达到离核很近的地方被反射,没有能量损失;既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子,又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

背散射电子探测图

用背反射信号进行形貌分析时,其分辨率远比二次电子低。可根据背散射电子像的亮暗程度,判别出相应区域的原子序数的相对大小,由此可对金属及其合金的显微组织进行成分分析。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

EBSD成像过程

透射电子显微镜(TEM)

透射电镜是把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样件上,电子与样品中的原子碰撞,而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此,可以形成明暗不同的影像,影像将在放大、聚焦后在成像器件上显示出来。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

TEM工作图

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TEM成像过程

STEM成像不同于平行电子束的TEM,它是利用聚集的电子束在样品上扫描来完成的,与SEM不同之处在于探测器置于试样下方,探测器接收透射电子束流或弹性散射电子束流,经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

STEM分析图

入射电子束照射试样表面发生弹性散射,一部分电子所损失能量值是样品中某个元素的特征值,由此获得能量损失谱(EELS),利用EELS可以对薄试样微区元素组成、化学键及电子结构等进行分析。

超级直观的显微分析设备原理动图,让你秒懂电子显微镜是如何工作

EELS原理图

电子显微镜下的可怕世界,完全颠覆了你的想象力,可能稍感不适

电子显微镜下的可怕世界:

草莓的表面

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家里的灰尘,包括毛发、合成纤维、昆虫鳞片、花粉、植物和昆虫残骸

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紧抓着头发的人类头虱

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人类舌头表面的细菌

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人体皮肤表面正在生长的眉毛

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生锈的金属钉子表面

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碳酸钙晶体

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剃刀两个刀片之间的毛发和剃须泡沫

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蚊子的脑袋

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一种蛾子的舌头(长鼻)末端

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新冠病毒长成这样:深圳科研团队用冷冻电子显微镜,在-196度条件下看到

大众网·海报新闻广州3月12日讯(记者 张玉升)-196度!新冠病毒现“真貌”。今天下午,在广东省第41场疫情新闻发布会上,深圳市第三人民医院院长刘磊宣布,深圳科研团队首次在冷冻电子显微镜下观察到新冠病毒全病毒入侵细胞的真实状态。

在今天下午的新闻发布会上,刘磊介绍,冷冻电子显微镜是一种可以观察被快速冻结到-196度“活”的蛋白、病毒等生物样本的电子显微镜。它可有效避免常温电子显微镜对生物样品的脱水、染色等破坏作用,最大限度地保持生物样品生理状态下的真实形貌。

刘磊表示,新冠肺炎疫情暴发以来,国家感染性疾病临床医学研究中心、深圳市第三人民医院与南方科技大学冷冻电镜中心第一时间成立研究团队,联合开展科研攻关工作。1月27日,该研究团队依托深圳三院P3实验室从一名新冠患者肺泡灌洗液中分离出病毒株,并迅速通过分子生物学、血清学和免疫学实验完成了病毒的鉴定工作。在此基础上,研究团队经过实验室病毒扩增、纯化及灭活等技术过程,获得了高纯度的病毒颗粒。

3月1日,该研究团队利用冷冻电子显微镜分析技术,首次观察到了经灭活后的新冠病毒的生物结构状态,特别是捕捉到了新冠病毒侵染宿主细胞的一个重要中间状态——病毒正处于识别和附着宿主细胞并准备与细胞发生融合时的状态。

“经国内外文献检索,这是科研工作者首次在冷冻电子显微镜下观察到新冠病毒全病毒入侵细胞的真实状态。”刘磊说,这一研究成果,为新冠病毒的识别、鉴定和临床相关研究提供了重要的超微影像基础,对下一步推进疫苗和药物研发具有重要现实意义。

一种原位石墨烯液体电池电子显微镜

全面理解具有2600 Wh/kg高理论能量密度的锂硫电池(Li-S)的多硫化锂的形成和穿梭效应,对于其实际应用必不可少。然而,对于可溶性Li-PS在液体电解质中的行为缺乏直接的观察表征技术。

近日,韩国科学技术院(KAIST)Jong Min Yuk教授和美国劳伦斯伯克利国家实验室Elton J. Cairns教授利用原位石墨烯液体电池电子显微镜,观察到了Li-PS的形成和扩散,以及在放电过程中硫正极的形貌和相的演化,基于研究结果在改进电解质方面提出了抑制穿梭效应的可行性策略。相关论文以题为“Direct Visualizationof Lithium Polysulfides and Their Suppression in Liquid Electrolyte”发表在Nano Lett.上。

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c00058

一种原位石墨烯液体电池电子显微镜

在过去的几十年里,可充锂离子电池的发展为便携式电子设备的商业化做出了巨大的贡献,然而,开发高比能量、低材料成本的下一代充电电池仍然面临巨大挑战。因具有高能量密度和低成本,Li-S电池被认为是最有希望的替代者之一,然而,Li-S电池的实际应用的挑战在于其独特的化学反应导致容量衰减,以及一些与能量储存无关的电池组成部件的重量影响电池实际的能量密度,特别是电解质的重量(最佳电解质体积与硫重量之比小于4μl/mg)。

连续的Li-PS穿梭效应导致容量衰减,可以通过在电解液加入添加剂进行改性,从而抑制Li-PS的穿梭效应。然而,由于缺乏合理的表征手段,对Li-PS在液体电解质中的形成和扩散行为理解不够深入,这是合理设计电解质的一个主要障碍。最近,离子液体作为一种在液体电解质的功能添加剂被研究,不仅限制了Li-PS穿梭现象,而且通过在锂金属表面形成钝化层保护锂负极。然而,离子液体对Li-PS穿梭效应的抑制作用仅仅是是通过提高电池的循环保持率和库仑效率而得到的,尚未得到实验证明。

基于以上问题,作者采用一种原位石墨烯液体电池电子显微镜(GLC-EM),构建固体硫/液体电解质界面,用于纳米成像。在GLC-EM中,硫纳米粒子通过电子束诱导进行锂化,溶解的电子活化还原Li+使之与活性物质(M)反应,最终形成LixM,以此成功地观察了液体电解质中Li-PS的形成和动力学,证明了离子液体(IL)能够抑制Li-PS穿梭的作用以及保持硫纳米粒子的形貌。同时计时穿梭电流测试也证实了IL的加入使Li-PS的扩散系数相对于无IL电解质降低了两个数量级,从而抑制了Li-PS的穿梭电流。

一种原位石墨烯液体电池电子显微镜

图1.Li-S电池的电化学测试结果。(a)在无IL(灰色)和含IL电解质(黑色)中按照计时电流法测量Li-S电池的Li-PS穿梭电流;(b,c)电流测量过程中获得的无IL和含IL电解质电池的电压分布曲线;(d)it1/2与t1/2之间的关系;(e)无IL和含IL电解质的S-GO-CTA电极的循环性能和库仑效率。

一种原位石墨烯液体电池电子显微镜

图2.硫锂化后的形态演变。(a,b)不同时间下,明场TEM图像分别显示了硫在无IL和含IL电解质溶液中的形貌演变;(c,d)按时间先后顺序绘制的硫外部边界的示意图。

一种原位石墨烯液体电池电子显微镜

图3.在GLC中锂化后,硫纳米粒子与电解质之间的界面。(a)一系列EELS光谱,显示硫的演变过程;(b)从Li-PS域区的Li集中区得到的选区电子衍射图(SA-EDP)显示晶体Li2S(红色曲线)和石墨烯(绿色曲线);(c)BF-TEM图像和Li-K EELS图;(d)描述硫在含IL(右)和无IL电解质(左)中的锂化过程的示意图。

总之,作者利用原位GLC-EM技术,实现可视化硫纳米粒子在液体电解质中的锂化动力学,并研究了IL对锂化过程中Li-PS形成和扩散的影响,含有IL的高粘度电解质阻碍了Li-PS的形成和扩散。因此,采用含IL电解质的Li-S电池比无IL电解质电池具有更好的循环性和库仑效率,这项工作为设计防止Li-S电池中的Li-PS穿梭现象的电解质提供了重要的见解。(文:Caspar)

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