Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par le Trinity College de Dublin, a mis au point une méthode d’imagerie innovante utilisant des microscopes de pointe qui réduit considérablement le temps et le rayonnement requis. Leur travail représente une avancée significative qui bénéficiera à plusieurs disciplines, de la science des matériaux à la médecine, car la méthode promet d’offrir une imagerie améliorée pour les matériaux sensibles tels que les tissus biologiques qui sont particulièrement vulnérables aux dommages.
Actuellement, les microscopes électroniques à balayage en transmission (STEM) dirigent un faisceau d’électrons hautement focalisé sur les échantillons, créant des images point par point. Traditionnellement, à chaque point, le faisceau s’arrête pendant une durée fixe prédéfinie, s’arrêtant pour accumuler un ou plusieurs signaux.
Un peu comme les appareils photo utilisant des pellicules photographiques, cette approche produit des images avec un temps d’exposition constant partout, quelles que soient les caractéristiques de la zone d’image. Les électrons tombent continuellement sur l’échantillon jusqu’à ce que le « temps de séjour » de chaque pixel soit écoulé. L’approche conventionnelle est simple à mettre en œuvre, mais risque d’utiliser une irradiation excessivement dommageable qui peut conduire à la transformation ou à la destruction de l’échantillon.
La nouvelle méthode révolutionne toutefois l’approche sous-jacente en reconsidérant la logique fondamentale de l’imagerie. Au lieu d’observer pendant une durée fixe et de mesurer le nombre d’« événements » détectés (les électrons étant dispersés à partir de différentes parties de l’échantillon pour construire une image), l’équipe a développé un système de détection basé sur les événements où elle mesure le temps variable nécessaire pour détecter un nombre défini de ces événements.
Les deux approches peuvent donner un contraste d’image équivalent au « taux de détection », mais la nouvelle théorie mathématique sur laquelle repose leur approche montre que le premier électron détecté à chaque position de sondage fournit de nombreuses informations pour la construction de l’image, mais que les impacts d’électrons ultérieurs sur ce même point fournissent des retours d’informations rapidement décroissants. Et chaque électron sur l’échantillon présente le même risque de dommage.
Essentiellement, la nouvelle méthode signifie que vous pouvez « éteindre » l’éclairage juste au sommet de l’efficacité de l’imagerie, nécessitant moins d’électrons pour construire une image de qualité similaire ou supérieure.
Mais une théorie seule ne suffit pas à réduire le rayonnement. Pour y parvenir, l’équipe a breveté une technologie (Tempo STEM) – en collaboration avec IDES Ltd. – qui permet précisément cela, en combinant un « obturateur de faisceau » de haute technologie pour obturer le faisceau une fois que la précision souhaitée à chaque point de mesure de l’échantillon a été atteinte.
Le Dr Lewys Jones, professeur adjoint Ussher à l’école de physique du Trinity College de Dublin, chercheur universitaire de la Royal Society-Science Foundation Ireland et chercheur à AMBER, le centre SFI pour la recherche sur les matériaux avancés et la bio-ingénierie, a dirigé l’équipe à l’origine de l’article de recherche qui a été publié. publié dans Science.
Il a déclaré : « La combinaison de deux technologies de pointe d’une manière aussi passionnante représente un véritable bond en avant dans les capacités du microscope. Donner aux microscopistes la possibilité de « masquer » ou d’« obturer » le faisceau d’électrons en quelques nanosecondes en réponse à des événements en temps réel n’a jamais été fait auparavant.
« Notre approche réduit la dose globale de rayonnement nécessaire pour produire des images de haute qualité, élimine la dose excédentaire qui ne produisait que des rendements décroissants et évite de causer des dommages inutiles à l’échantillon. »
Le Dr Jon Peters, de Trinity, est le premier auteur de l’étude. Il a déclaré : « Nous avons tendance à penser que les électrons sont relativement doux du point de vue du rayonnement, mais lorsqu’ils sont envoyés sur un minuscule échantillon biologique à une vitesse d’environ 75 % de celle de la lumière, il n’est pas surprenant qu’ils endommagent ces échantillons. »
« Cela constitue un problème majeur pour la microscopie, car les images obtenues peuvent être inutilisables ou, pire, trompeuses. Cela pose évidemment problème si vous devez prendre des décisions sur les futurs matériaux des batteries ou le développement des catalyseurs. »
Plus d’information:
Jonathan JP Peters et al, Microscopie électronique à transmission à balayage sensible aux événements, Science (2024). DOI: 10.1126/science.ado8579. www.science.org/doi/10.1126/science.ado8579
Pour plus d’informations sur la technologie brevetée TempoSTEM et sur le turboTEM dérivé de Trinity/AMBER, consultez : https://www.turbotem.com/tempo/.