电子显微镜的新贵智能电镜初出茅庐 它的作用是什么

新型工业扫描电镜受到越来越多的重视，高分辨率数据有海量需求，特别是材料和生物医学领域。 然而长期以来，电镜的潜在问题---用户使用操作繁杂的问题尚未解开，一定程度上影响了仪器的普及推广。

本文介绍工业扫描电镜的新贵——智能电镜。着重描述其多重的自动化功能。智能目的是让电镜成为科研和工程上得心应手的利器，发挥工具的作用。

新年伊始，国产新型扫描电镜如黑马腾空而起，超高速性能达到前所未闻的新高度。扫描电镜成像速率实现双通道100M像素/秒。即代表表面形貌的二次电子（SE）和代表成分信息的背散射电子（BSE）同步成像，达到2x100M像素/秒。以单通道举例而言，产生某一幅可辨认的生物组织BSE模式图像约花260ms。 同样条件下，国外某知名品牌同档机型需花26000ms，国产扫描电镜成像速度快了一百倍。

2x200帧/秒@512x512的高速摄像能力， 或2x60帧/秒@1024x1024即两倍于视频高清成像，可实现捕捉动态过程。在1.2秒内双通道大范围高清成像，对观测一览无遗。电镜一天可自动采集产生2 至 8TB数据量。方便地构建全景“地图”集，没有悬念。超微结构的三维重构成为可能。

快速生成清晰图像是扫描电镜的精髓。在最佳工作距离条件下， 新型电镜分辨率可达1.0nm@10kV或 1.5nm@1kV。随之而来的是老问题：如何方便地调试操作和维护电镜？ 这便是智能电镜的由来。

什么是智能电镜？开发智能电镜的初衷是突破传统观念，打消使用误区，提供简便环境，实现无人操作。智能电镜功能模块示意图如图一所示。具体而言，不妨用“五个自动”功能来概括， 即自动巡检、自动进料、自动对中、自动对焦、自动操作。

图一 智能电镜功能模块示意图

工业扫描电镜的电子光学系统主要由电子枪、电磁透镜、扫描线圈组成。电子束由电子源发出，热场发射电子枪保证有足够的初始电子发射到样品上。加速电压设在0.1 - 12kV范围。加速电压越高，电子速度越快，焦距就越长，景深也越大。

电磁透镜的磁场作用力不改变电子运动的速度，只改变电子运动方向。高速的静电偏转器置于物镜内，不仅结构紧凑，而且保证大扫描场观察时边缘的象差较小，以达到图像高分辨率。 偏转器控制光束聚焦在样品上快速扫描。探测器收集二次电子和背散射电子等信号。经过放大后进行数据处理，便可得到电子图像信息。

电镜系统开机自检。巡查之后随即进入工作状态。一反以往从上至下反复调整的过程。电镜观察前光学导航模块会自动地定位、寻地和导航，免去耗费大量人工在镜前寻找观察区域，将工程人员从繁锁的调试中解放出来。系统内置定期全面自检，将电子光学系统调节到连续运作最佳状态。

自动巡检离不开支撑系统的稳定体系。发射源的稳定起着首要作用。 一周发射电流波动　　一周发射电流波动《1%，保障了基本性能。

　　制备技术与电镜紧密配合，大量的样本在电镜中连续观察，是提高工作效率的关键之一。 以生物样品为例，要观察的生物样本块要经过环氧包埋等样品处理，使其变硬好切，之后在切片机上被切成几十纳米的薄片。切后的薄片落入收集水槽中被传送带捕获，顺次以条带排列被收集在圆硅片上面。圆硅片上可以平整的收集几十片乃至上百片样品，然后承载样品传送入电镜样品台，一次性进行大量样本的观察。

　　 10余厘米边长的见方样品台沿着X轴和Y轴精密导轨行程自由位移。样品重复定位精度达200nm。这就避免了每次重调位置的必要性。

　　电镜成像要实现全自动化，还需要制备技术同步跟上。制备与电镜的无缝衔接，样品直接切片收集，必要时可采用条带或卷盘机方式自动传送进入电镜。