研究新聞

城大成為全球首家自行設(shè)計(jì)及生產(chǎn)新一代電子顯微鏡的大學(xué)

蔡惠華

2023年4月20日

Professor Chan Chi Hou, Acting President (from left), Prof Chen Fu-rong, Chair Professor in the Department of Materials Science and Engineering, Director of the Time-Resolved Aberration-Corrected Environmental EM Unit (TRACE) and Director of the Shenzhen Futian Research Institute; and Dr Hsueh Yu-chun, Research Fellow, TRACE. — （左起）城大署理校長(zhǎng)陳志豪教授、材料科學(xué)及工程學(xué)系講座教授、高時(shí)空分辨電子顯微中心（TRACE）主任及深圳福田研究院院長(zhǎng)陳福榮教授、TRACE研究員薛又峻博士。

香港城市大學(xué)（城大）的研究團(tuán)隊(duì)率先研發(fā)先進(jìn)技術(shù)，自主設(shè)計(jì)及生產(chǎn)新一代電子顯微鏡，是全球首家擁有相關(guān)科研實(shí)力的大學(xué)。

在材料科學(xué)及工程學(xué)系講座教授陳福榮教授帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的電子顯微鏡系統(tǒng)包括脈沖電子源、超快相機(jī)、分段抽氣真空系統(tǒng)及像差校正器。

團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是研發(fā)出一款小型高時(shí)空分辨「量子」電子顯微鏡，用以研究光束靈敏材料的原子動(dòng)態(tài)。

由於電子顯微鏡能以明顯高於光學(xué)顯微鏡的分辨率成像，並提供微納米甚至原子尺度的測(cè)量及分析，因此在多個(gè)研究行業(yè)中廣受歡迎，尤其在醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、集成電路和其他研究領(lǐng)域。

不過，目前的電子顯微鏡未能解決長(zhǎng)久以來有關(guān)幅射損害及靜態(tài)圖像樣本的樽頸問題，窒礙研究微小原子及電子光束靈敏的材料。此外，現(xiàn)行電子顯微鏡的體積也難以應(yīng)用於空間有限的環(huán)境，例如太空穿梭機(jī)、深海及深地研究船及器具。

Desktop electron microscopes, self-designed by CityU can be applied in various research industry fields. — 城大自主研發(fā)的桌面版電子顯微鏡可應(yīng)用於各種科研工業(yè)領(lǐng)域。

為克服上述問題，城大團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出可供桌面版電子顯微鏡使用的脈沖電子源和快速相機(jī)。在快速相機(jī)上加裝偏向器，令成像速度不再受制於成像輸出時(shí)間，這一概念在桌面電子顯微鏡系統(tǒng)上首次得到證實(shí)。此外，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的像差校正器更進(jìn)一步提升成像的解像度。

由於團(tuán)隊(duì)擁有相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，並可自由設(shè)計(jì)系統(tǒng)，因此未來將可用較低成本生產(chǎn)特定的小型電子顯微鏡。例如，六硼化鑭(LaB6)桌面電子顯微鏡將可以目前市場(chǎng)同類產(chǎn)品的六成價(jià)格出售。

同時(shí)兼任城大高時(shí)空分辨電子顯微中心主任及深圳福田研究院院長(zhǎng)的陳教授說：「高端儀器微型化是工業(yè)發(fā)展無可避免的趨勢(shì)。」

團(tuán)隊(duì)得到福田區(qū)政府支持，是唯一成功製造多個(gè)高端電子顯微鏡的大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。

團(tuán)隊(duì)現(xiàn)正研發(fā)高時(shí)空分辨率掃描/透射一體化桌面電子顯微鏡，將利用脈沖空錐成像，在室溫及液態(tài)狀況下觀察及重構(gòu)立體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。目前要觀察蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，只能在極低溫度下以冷凍電子顯微鏡進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)的研究將突破這方面的局限。

An electron microscope system composed of a pulsed electron source, a fast camera, a staged pumping vacuum system, and an aberration corrector has been developed by the research team. — 團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的電子顯微鏡系統(tǒng)包括脈沖電子源、超快相機(jī)、分段抽氣真空系統(tǒng)及像差校正器。

團(tuán)隊(duì)下一步的計(jì)劃是在大灣區(qū)建立一個(gè)世界領(lǐng)先的電子光學(xué)設(shè)計(jì)和製造中心，集中研究電子光學(xué)技術(shù)，並進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移。

陳教授說：「該中心旨在將電子光學(xué)的相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)移至營(yíng)運(yùn)中及新成立的公司。」

他補(bǔ)充說，中心的目標(biāo)是要在儀器及科學(xué)領(lǐng)域上，保持較全球其他電子顯微鏡設(shè)施領(lǐng)先15年的技術(shù)。

中心將以創(chuàng)新的電子光學(xué)技術(shù)，專注研發(fā)目前未能在不同外部環(huán)境（例如電場(chǎng)、激光、高溫、低溫）下進(jìn)行的人工光合作用、量子材料及水科學(xué)等相關(guān)應(yīng)用科技，提供一系列高時(shí)空分辨電子顯微鏡服務(wù)。

陳教授指出，該中心將在量子器件、未來能源、生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域作出突破性的研究，並將團(tuán)隊(duì)的科研成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用，造福社會(huì)，並促進(jìn)業(yè)界與學(xué)界的合作。

城大署理校長(zhǎng)陳志豪教授、深圳市福田區(qū)區(qū)委書記黃偉先生、深圳福田區(qū)人民政府副區(qū)長(zhǎng)歐陽繪宇先生及深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)科技重大專項(xiàng)處處長(zhǎng)陳文獻(xiàn)先生出席了於4月20日舉行的新聞發(fā)佈會(huì)。