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新型差压变送器可适用于各种TEM应用设备中

来源:编辑::发表时间:2019-11-21 11:15:38

    计数单个光子已经彻底改变了大家检测X射线的方式,现在该技术可以在电子显微镜中实现同样的效果。DECTRIS业务开发经理EM Sacha De Carlo回答了有关在EM应用程序中使用差压变送器的问题。

    什么是混合光子计数(HPC)?
    术语“混合”表示与单片有源像素传感器相对的两层:半导体层,其与下面的读出ASIC(专用集成电路)分开制造,但通过凸点键合物理连接处理。

    差压变送器于1985年首次引入高能物理学领域,后来针对X射线晶体学和相关应用进行了优化,其中对撞击到变送器上的单个X射线光子进行计数,彻底改变了全球同步加速器的蛋白质结构测定领域-以及后来的基于实验室X射线的技术。

    HPC与电子显微镜有何关系?
    事实证明,差压变送器也可以非常有效地计数电子。接近理想的检测量子效率(DQE)需要单电子计数,该品质因数通常与调制传递函数(MTF)一起用于评估变送器的质量。因此,接近理想的DQE(即,接近100%的效率)强烈影响变送器生成的数据的质量。

 

差压变送器 (2).jpg

 

    每个像素都是有效的电子计数器这一事实会影响读取速度,并且使用专用电子板,可以制作大面积的2D阵列并逐帧读取,从而达到高达数百kHz的频率,当然这取决于变送器阵列的大小和正在获取的数据的位深。

    是什么使HPC优于其他电子显微镜技术?
    混合像素技术比电子显微镜中使用的其他变送器技术具有多个优势,即动态范围,速度和辐射硬度方面的优势。过去几年中,单片式有源像素传感器(MAPS)革新了低温电子显微镜,因为当以非常低的电子通量使用时(生物大分子是电子束敏感的物体,因此需要“低剂量”曝光),它们能够计数单个电子,极大地提高了检测效率,最终使信号超过了变送器的噪声。

    尽管如此,目前市场上的变送器不适用于材料科学,因为当使用更高的电子通量时,它们会很快饱和。换句话说,它们的动态范围相当差。相比之下,差压变送器提供了更高的计数率功能。例如,大家最新的EIGER2技术可将每个像素的计数率提高4个数量级,并且每个像素具有两个16位计数器,动态范围更高,这使得DECTRIS 差压变送器不仅适用于任何衍射-基于STEM或Ptychography的研究,也可用于原位 TEM成像所需的非常快速的成像。

    其厚厚的传感器使HPC技术不受直接电子束的影响,使差压变送器比变送器具有更高的辐射强度,在变送器中,直接衍射束经常被硬件或App阻挡,以防止损坏变送器。

    您能否举一些在电子显微镜中成功使用HPC的例子?
    自2016年以来,DECTRIS通过借贷和测试专为EM设计的变送器原型与各种学术研究团体和行业合作伙伴进行了合作。一方面,它使大家的合作伙伴能够说服大家HPC技术的优势,另一方面,它使大家能够收到宝贵的反馈意见,以改善大家的产品开发,并在新发布的数据的情况下将其用作营销材料。

    大家已经在多个方面开展了工作。例如,大家首先与TimGrüne博士和朱利安·温马赫(Julian Wennmacher)一起证明了差压变送器对电子衍射的适用性和优越的性能。

    大家与NION企业(美国华盛顿州柯克兰)一起展示了大家的新型EIGER2电子能量损失谱仪(EELS)的适用性,因为它们可以快速并同时记录强烈的零损耗峰,同时保持其单峰峰值。整个能谱的电子计数能力。

    与Dr. 英国剑桥MRC分子生物学实验室的Richard Henderson(2017年诺贝尔化学奖获得者)和Chris Russo,大家提供了证据,证明HPC技术对于生命科学单粒子cryoEM社区也很有希翼。确实,博士。

    Henderson和Russo能够使用低电子能量(100 kV)分辨低至3.4Å分辨率的小分子分子(DPS,直径8 nm)的结构。这是非常重要的,因为它可能是使生命科学EM社区朝着降低每个结构的成本方向发展所需要的火花,从而增加了将单颗粒cryoEM扩展到世界各地每个结构生物学实验室的潜力端仪器集中在具有用户访问权限的专用共享设施中,类似于当代的同步加速器设施。

    电子显微镜中的高性能计算的未来前景如何?
    考虑到大家的像素每秒可以计数超过一千万个输入电子,因此未来肯定会非常光明(双关语意)。除了笑话,大家已经在从材料科学到生命科学应用的各种情况下,观察到新变送器技术的数据质量,采集速度和易用性(以及集成)方面的显着改进。

    DECTRIS在这些发展中的作用是什么?
    大家相信,大家的新开发成果将远远超出新推出的EIGER2产品系列,将吸引EM制造商及其最终用户的极大关注。大家坚信DECTRIS可以成为EM社区值得信赖的合作伙伴,同时提供可靠且用户友好的探测器,这些探测器专门设计用于满足甚至超过最高行业标准。

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