전자 단층 촬영

Electron tomography
단층 촬영의 기본 원리: 투사된 이미지 P와 비교하여 중첩된 자유 단층 촬영 단면 S와1 S2.

전자단층촬영(ET)은 아세포, 매크로 분자 또는 재료 표본의 3D 구조를[1] 상세하게 얻기 위한 단층촬영 기법이다. 전자단층촬영은 기존의 전송 전자현미경을 확장한 것으로 전송 전자현미경을 이용해 데이터를 수집한다. 이 과정에서 전자 빔이 대상 샘플의 중심을 중심으로 증분 회전도로 샘플을 통과한다. 이 정보를 수집하여 대상의 3차원 이미지를 조립하는 데 사용한다. 생물학적 응용의 경우 ET 시스템의[2] 일반적인 분해능은 5~20nm 범위에 있으며, 개별 단백질이나 폴리펩타이드의 2차 및 3차 구조는 아니지만 초분자 다단백 구조를 검사하기에 적합하다.[3][4]

BF-TEM 및 ADF-STEM 단층 촬영

생물학 분야에서는 단층 촬영 틸트 시리즈 획득을 위한 일차적 영상 방법으로는 광장 전송 전자 현미경(BF-TEM)과 고해상도 TEM(HRTEM)이 있다. 그러나 BF-TEM과 HRTEM과 관련된 두 가지 문제가 있다. 첫째, 해석 가능한 3D Tomogram(토모그램)을 획득하려면 투사된 영상 강도가 재료 두께에 따라 단조롭게 변화해야 한다. BF/HRTEM에서는 이 조건을 보증하기 어렵다. BF/HRTEM에서는 영상 강도가 위상 대비에 의해 지배되며 두께가 있는 다중 대조 역전의 가능성이 있기 때문에 공극과 고밀도 포함 여부를 구별하기 어렵다.[5] 둘째, BF-TEM의 대조도 전달 기능은 본질적으로 하이패스 필터로서, 낮은 공간 주파수에서의 정보가 현저하게 억제되어 날카로운 특징을 과장을 초래한다. 하지만, 환형 dark-field 주사 투과 전자 현미경(ADF-STEM)의 그것은 일반적으로 재료 specimens,[6]에 더 효과적으로 사용되는 기술, 샘플의 micrometres 낮은 원자 무감각해 짐으로 물질을 위해 두껍게까지 예상 mass-thickness을 가지고 변하이미지 강도를 제공하는 위상 및 회절 콘트라스트의 작용을 억제합니다.음.정말. ADF-STEM은 또한 저역 통과 필터로 작용하여 BF/HRTEM에서 흔히 볼 수 있는 가장자리 향상 아티팩트를 제거한다. 따라서, 특성을 해결할 수 있다면 ADF-STEM 단층 촬영은 재료 과학에서 그 적용에 매우 중요한 기초 표본의 신뢰성 있는 재구성을 산출할 수 있다.[7] 3D 영상의 경우 해상도는 전통적으로 Crowter 기준으로 설명된다. 2010년에는 단일 축 ADF-STEM 단층 촬영으로 0.5±0.1×0.5±0.1×0.7±0.2nm의 3D 해상도를 달성했다.[8] 최근 3D 전자 단층 촬영 재구성의 원자 분해능이 입증되고 있다.[9][10] ADF-STEM 단층 촬영은 최근 나노입자의 나사 탈구의 원자 구조를 직접 시각화하는 데 이용되고 있다.[11][12][13][14]

다른 기울기 방법

가장 많이 사용되는 기울기 방식은 단일축과 이중축 기울기법이다. 대부분의 시료 홀더와 전자현미경의 기하학적 구조는 일반적으로 표본을 180°의 전체 범위를 통하여 기울이는 것을 금지하며, 이는 표적의 3D 재구성에 유물을 초래할 수 있다.[15] 이중 축 기울기를 사용하면 재구성 아티팩트가 단일 축 기울기에 비해 배 감소한다. 하지만 두 배 이상의 이미지를 촬영해야 한다. 틸트 시리즈를 얻는 또 다른 방법은 샘플이 기울어진 후 완전히 회전하는 이른바 원뿔단층촬영법이다.[16]

참고 항목

참조

  1. ^ R. Hovden; D. A. Muller (2020). "Electron tomography for functional nanomaterials". MRS Bulletin. 45 (4): 298–304. arXiv:2006.01652. doi:10.1557/mrs.2020.87.
  2. ^ R. A. Crowther; D. J. DeRosier; A. Klug (1970). "The Reconstruction of a Three-Dimensional Structure from Projections and its Application to Electron Microscopy". Proc. R. Soc. Lond. A. 317 (1530): 319–340. Bibcode:1970RSPSA.317..319C. doi:10.1098/rspa.1970.0119.
  3. ^ Frank, Joachim (2006). Electron Tomography. doi:10.1007/978-0-387-69008-7. ISBN 978-0-387-31234-7.
  4. ^ Mastronarde, D. N. (1997). "Dual-Axis Tomography: An Approach with Alignment Methods That Preserve Resolution". Journal of Structural Biology. 120 (3): 343–352. doi:10.1006/jsbi.1997.3919. PMID 9441937.
  5. ^ Bals, S.; Kisielowski, C. F.; Croitoru, M.; Tendeloo, G. V. (2005). "Annular Dark Field Tomography in TEM". Microscopy and Microanalysis. 11. doi:10.1017/S143192760550117X.
  6. ^ B.D.A. Levin; et al. (2016). "Nanomaterial datasets to advance tomography in scanning transmission electron microscopy". Scientific Data. 3 (160041): 160041. arXiv:1606.02938. Bibcode:2016NatSD...360041L. doi:10.1038/sdata.2016.41. PMC 4896123. PMID 27272459.
  7. ^ Midgley, P. A.; Weyland, M. (2003). "3D electron microscopy in the physical sciences: The development of Z-contrast and EFTEM tomography". Ultramicroscopy. 96 (3–4): 413–431. doi:10.1016/S0304-3991(03)00105-0. PMID 12871805.
  8. ^ Xin, H. L.; Ercius, P.; Hughes, K. J.; Engstrom, J. R.; Muller, D. A. (2010). "Three-dimensional imaging of pore structures inside low-κ dielectrics". Applied Physics Letters. 96 (22): 223108. Bibcode:2010ApPhL..96v3108X. doi:10.1063/1.3442496.
  9. ^ Y. Yang; et al. (2017). "Deciphering chemical order/disorder and material properties at the single-atom level". Nature. 542 (7639): 75–79. arXiv:1607.02051. Bibcode:2017Natur.542...75Y. doi:10.1038/nature21042. PMID 28150758.
  10. ^ Scott, M. C.; Chen, C. C.; Mecklenburg, M.; Zhu, C.; Xu, R.; Ercius, P.; Dahmen, U.; Regan, B. C.; Miao, J. (2012). "Electron tomography at 2.4-ångström resolution" (PDF). Nature. 483 (7390): 444–7. Bibcode:2012Natur.483..444S. doi:10.1038/nature10934. PMID 22437612.
  11. ^ Chen, C. C.; Zhu, C.; White, E. R.; Chiu, C. Y.; Scott, M. C.; Regan, B. C.; Marks, L. D.; Huang, Y.; Miao, J. (2013). "Three-dimensional imaging of dislocations in a nanoparticle at atomic resolution". Nature. 496 (7443): 74–77. Bibcode:2013Natur.496...74C. doi:10.1038/nature12009. PMID 23535594.
  12. ^ Midgley, P. A.; Dunin-Borkowski, R. E. (2009). "Electron tomography and holography in materials science". Nature Materials. 8 (4): 271–280. Bibcode:2009NatMa...8..271M. doi:10.1038/nmat2406. PMID 19308086.
  13. ^ Ercius, P.; Weyland, M.; Muller, D. A.; Gignac, L. M. (2006). "Three-dimensional imaging of nanovoids in copper interconnects using incoherent bright field tomography". Applied Physics Letters. 88 (24): 243116. Bibcode:2006ApPhL..88x3116E. doi:10.1063/1.2213185.
  14. ^ Li, H.; Xin, H. L.; Muller, D. A.; Estroff, L. A. (2009). "Visualizing the 3D Internal Structure of Calcite Single Crystals Grown in Agarose Hydrogels". Science. 326 (5957): 1244–1247. Bibcode:2009Sci...326.1244L. doi:10.1126/science.1178583. PMID 19965470.
  15. ^ B.D.A. Levin; et al. (2016). "Nanomaterial datasets to advance tomography in scanning transmission electron microscopy". Scientific Data. 3 (160041): 160041. arXiv:1606.02938. Bibcode:2016NatSD...360041L. doi:10.1038/sdata.2016.41. PMC 4896123. PMID 27272459.
  16. ^ Zampighi, G. A.; Fain, N; Zampighi, L. M.; Cantele, F; Lanzavecchia, S; Wright, E. M. (2008). "Conical electron tomography of a chemical synapse: Polyhedral cages dock vesicles to the active zone". Journal of Neuroscience. 28 (16): 4151–60. doi:10.1523/JNEUROSCI.4639-07.2008. PMC 3844767. PMID 18417694.