חוקרים בטריניטי קולג' דבלין הציגו שיטת מיקרוסקופיה חדשה שמפחיתה קרינה ומאיצה את ההדמיה על ידי התאמת חשיפת האלקטרונים בזמן אמת, שיפור איכות התמונה ומזעור נזקים לדגימות רגישות.
צוות ממכללת טריניטי דבלין חידש טכניקת הדמיה מיקרוסקופית המורידה את החשיפה לקרינה ומזרזת את התהליך, ומשפרת את הבטיחות והיעילות בהדמיית חומרים רגישים.
צוות בינלאומי של מדענים, בראשות טריניטי קולג' דבלין, פיתח טכניקת הדמיה מתקדמת באמצעות מיקרוסקופים חדישים. שיטה חדשה זו מצמצמת באופן משמעותי הן את הזמן והן את החשיפה לקרינה. ההישג שלהם מסמן פריצת דרך גדולה, הנותנת תועלת ממגוון תחומים, ממדעי החומרים ועד לרפואה. הטכניקה מציעה הדמיה משופרת לחומרים עדינים כמו רקמות ביולוגיות, המועדות במיוחד לנזק.
נכון לעכשיו, מיקרוסקופי אלקטרונים סורקים (STEMs) מכוונים אלומת אלקטרונים ממוקדת מאוד על פני דגימות, ובונים תמונות נקודה אחר נקודה. באופן קונבנציונלי, בכל נקודה, האלומה נעצרת לזמן קבוע ומוגדר מראש, תוך הפסקה לצבירת אותות. קצת כמו מצלמות המשתמשות בסרט צילום, זה מניב תמונות עם זמן חשיפה קבוע בכל מקום ללא קשר לתכונות באזור התמונה. אלקטרונים נופלים ללא הרף על המדגם עד שחלף מה שנקרא "זמן השהייה" עבור כל פיקסל. הגישה הקונבנציונלית פשוטה ליישום, אך מסתכנת בשימוש בקרינה מזיקה מוגזמת שעלולה להוביל לשינוי מדגם או להרס.
מהפכה בהדמיה עם זיהוי מבוסס אירועים
השיטה החדשה, לעומת זאת, מחוללת מהפכה בגישה הבסיסית, על ידי בחינת ההיגיון הבסיסי של ההדמיה. במקום לצפות לאורך זמן קבוע ולמדוד את מספר ה"אירועים" שזוהו – כאשר אלקטרונים מתפזרים מחלקים שונים של הדגימה כדי לבנות תמונה – הצוות פיתח מערכת זיהוי מבוססת אירועים שבה הם מודדים את הזמן המשתנה שלוקח לזיהוי מספר מוגדר של אירועים אלה.
שתי הגישות יכולות לתת ניגודיות תמונה שווה "קצב זיהוי", אבל באופן מכריע התיאוריה המתמטית החדשה שמאחורי הגישה שלהן מראה שהאלקטרון הראשון שזוהה בכל עמדת גישוש מספק מידע רב בבניית התמונה, אך פגיעות אלקטרונים עוקבות לאותה נקודה מספקות החזרות מידע פוחתות במהירות. וכל אלקטרון בדגימה מביא את אותו סיכון לנזק.
בעיקרו של דבר, השיטה החדשה פירושה שאתה יכול "לכבות" את התאורה ממש בשיא יעילות ההדמיה, צריך פחות אלקטרונים כדי לבנות תמונה באיכות דומה או טובה יותר.
אבל תיאוריה לבדה לא מספקת מצב קרינה מופחת. כדי לממש זאת, הצוות רשם פטנט על טכנולוגיה (Tempo STEM) – במשותף עם IDES Ltd – שעושה בדיוק את זה, המשלבת "מברק קרן" היי-טק כדי לסגור את הקרן פעם אחת את הדיוק הרצוי בכל נקודת מדידה בדגימה הושגה.
יישום והשפעה
ד"ר לוויס ג'ונס, עוזר פרופסור באושר בבית הספר לפיזיקה של טריניטי קולג' בדבלין, עמית מחקר באוניברסיטת אירלנד של קרן החברה המלכותית, וחוקר ממומן ב-AMBER, מרכז SFI לחקר חומרים מתקדמים וביו-הנדסה, הוביל את הצוות מאחורי מאמר המחקר זה עתה פורסם בכתב העת הבינלאומי המוביל Science.
הוא אמר: "שילוב של שתי טכנולוגיות מתקדמות כבר בצורה כל כך מרגשת מספק קפיצת מדרגה אמיתית ביכולות המיקרוסקופ. מתן למיקרוסקופים את היכולת 'להריק' או 'לסגור' את אלומת האלקטרונים לסירוגין תוך מספר ננו-שניות בתגובה לאירועים בזמן אמת, מעולם לא נעשה בעבר.
"הגישה שלנו מפחיתה את מינון הקרינה הכולל הדרוש להפקת תמונות באיכות גבוהה, מבטלת את המינון העודף שרק סיפק החזרים פוחתים ונמנעת מגרימת נזק מיותר לדגימה".
ד"ר ג'ון פיטרס, טריניטי, הוא המחבר הראשון של העבודה. הוא אמר: "אנחנו נוטים לחשוב על אלקטרונים כקלים יחסית מנקודת מבט של קרינה, אבל כשהם נורים על דגימה ביולוגית זעירה במהירויות של כ-75% ממהירות האור, אין זה מפתיע שהם פוגעים בדגימות הללו. זו הייתה בעיה מרכזית עבור מיקרוסקופיה, מכיוון שהתמונות שאתה מקבל בחזרה עלולות להיות בלתי שמישות, או גרוע מכך, מטעות. זה כמובן בעייתי אם אתה צריך לקבל החלטות לגבי חומרי סוללה עתידיים או פיתוח זרז."
המחקר מומן על ידי קרן המדע אירלנד והחברה המלכותית.
למידע נוסף על הטכנולוגיה הקשורה לפטנט של TempoSTEM ועל Trinity/AMBER-spinout turboTEM, ראה: https://www.turbotem.com/tempo/.
