Un equipo internacional de científicos, dirigido por el Trinity College Dublin, ha desarrollado un método de obtención de imágenes innovador utilizando microscopios de última generación que reduce significativamente el tiempo y la radiación necesarios. Su trabajo representa un avance significativo que beneficiará a disciplinas que van desde la ciencia de los materiales hasta la medicina, ya que el enfoque promete proporcionar imágenes mejoradas para materiales sensibles, como los tejidos biológicos, que son particularmente vulnerables a los daños.
Actualmente, los microscopios electrónicos de transmisión de barrido (STEM) dirigen un haz de electrones altamente enfocado a través de la muestra, produciendo imágenes punto a punto. Convencionalmente, en cada punto, el haz se detiene durante un tiempo fijo predeterminado, deteniéndose para acumular la(s) señal(es). Algo así como una cámara que utiliza película fotográfica, produce imágenes con un tiempo de exposición constante en todas partes, independientemente de las características del área de la imagen. Los electrones caen continuamente sobre la muestra hasta que ha transcurrido el llamado “tiempo de permanencia” para cada píxel. El método convencional es fácil de implementar, pero corre el riesgo de utilizar demasiada radiación dañina que puede provocar la transformación o destrucción de la muestra.
El nuevo enfoque, sin embargo, revolucionó el enfoque subyacente al repensar la lógica básica de las imágenes. En lugar de observar y medir el número de “eventos” detectados durante un período de tiempo (a medida que los electrones se dispersan desde diferentes partes de la muestra para crear una imagen), el equipo desarrolló un sistema de detección basado en eventos en el que miden el tiempo. para identificar un número determinado de estos eventos.
Ambos métodos pueden proporcionar un contraste de imagen de “tasa de detección” equivalente, pero la importante nueva teoría matemática detrás de su enfoque muestra que el primer electrón detectado en cada posición de la sonda proporciona gran parte de la información para crear la imagen, pero el siguiente electrón llega al mismo punto. La devolución de datos disminuye rápidamente. Y cada electrón de la muestra conlleva el mismo riesgo de pérdida.
Esencialmente, el nuevo método significa que se puede “apagar” la iluminación con la máxima eficiencia de imagen, lo que requiere menos electrones para producir una imagen de calidad similar o mejor.
Pero una teoría por sí sola no proporciona un modo de radiación reducido. Para lograr esto, el equipo patentó conjuntamente una tecnología (TEMPO STEM) con IDES Ltd., que hace exactamente esto, combinando un “supresor de haz” de alta tecnología para cerrar el haz con la precisión deseada una vez en cada punto de medición para adquirir la muestra.
El Dr. Lewis Jones, profesor asistente en la Facultad de Física del Trinity College de Dublín, miembro de investigación de la Universidad de Irlanda de la Royal Society-Science Foundation e investigador financiado en AMBER, Centro SFI para la Investigación de Materiales Avanzados y Bioingeniería, dirigió el equipo detrás del artículo de investigación publicado en la revista líder internacional Science.
Dijo: “La combinación de dos tecnologías ya de vanguardia de una manera tan emocionante proporciona un verdadero avance en las capacidades del microscopio. Ofrece a los microscopistas la capacidad de ‘vaciar’ o ‘obturar’ el haz de electrones sobre un sujeto. Responder a eventos en tiempo real en nanosegundos nunca antes se había hecho.
“Nuestro enfoque minimiza la dosis total de radiación necesaria para producir imágenes de alta calidad, elimina la sobredosis que sólo proporciona rendimientos decrecientes y evita daños innecesarios a las muestras”.
El Dr. John Peters, Trinity, es el primer autor del trabajo. Dijo: “Pensamos que los electrones son relativamente ligeros desde el punto de vista de la radiación, pero cuando se disparan contra una pequeña muestra biológica a aproximadamente el 75% de la velocidad de la luz, no es sorprendente que dañen estas muestras. “Es un problema para la microscopía. Debido a que las imágenes que se obtienen pueden ser inutilizables o, peor aún, engañosas si se quiere tomar decisiones sobre futuros materiales de baterías o desarrollo de catalizadores, esto es obviamente problemático”.