Ученые добились рекордного разрешения микроскопа с низкими затратами

Результаты реконструкции золота на аморфном углероде. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64133-3

Исследователи из Университета Виктории (Канада) совершили прорыв в электронной микроскопии, позволивший визуализировать атомные структуры с беспрецедентной четкостью с использованием более доступных и энергоэффективных микроскопов.

Под руководством Артура Блэкберна, соруководителя Центра передовой микроскопии университета, команда разработала новую методику визуализации, позволившую достичь разрешения менее 1 ангстрема с помощью компактного сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) с низкой энергией — достижение, ранее возможное только с использованием крупных и дорогих просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ).

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, открывает путь к более доступной микроскопии для лабораторий по всему миру. Новая методика позволяет получать высококачественные изображения атомного масштаба без ранее неподъемных затрат на оборудование, пространство и персонал.

Прорыв стал возможен благодаря применению техники под названием птихография, которая использует перекрывающиеся паттерны рассеянных электронов для построения детализированного изображения образца.

Используя этот метод, команда смогла достичь разрешения всего 0,67 ангстрема — меньше размера атома и в 10 000 раз тоньше человеческого волоса — с использованием низкоэнергетического луча на СЭМ. Ранее достижение разрешения менее 1 ангстрема требовало высокоэнергетического луча и ПЭМ.

«Эта работа показывает, что высокоразрешающая визуализация не должна полагаться на дорогое, сложное оборудование. Мы продемонстрировали, что относительно простой СЭМ в сочетании с передовыми вычислительными методами может достичь разрешения, которое соперничает или даже превосходит традиционные методы», — заявил Блэкберн, занимающий кафедру передовой электронной микроскопии Hitachi High-Tech Canada.

«Это может быть преобразующим для таких областей, как материаловедение, нанотехнологии и структурная биология. В первую очередь это достижение принесет пользу исследованиям и производству 2D-материалов, перспективных для разработки электроники следующего поколения. В долгосрочной перспективе это также может помочь в определении структуры малых белков, что приведет к прогрессу в исследованиях здоровья и болезней».

Электронная микроскопия традиционно требовала огромных инвестиций — стоимость высококлассных ПЭМ может достигать миллионов долларов, а для их размещения нужны специально подготовленные помещения. Разработка канадских ученых демократизирует доступ к атомным исследованиям, что особенно важно для развивающихся стран и небольших научных центров.