با سرعت بالا اتمی تصویری

یک تیم از محققان دانشکده شیمی در دانشگاه توکیو با موفقیت دستگیر تصویری از تک مولکول های در حال حرکت در 1,600 فریم در هر ثانیه است. این است که 100 برابر سریعتر از آزمایش های قبلی از این طبیعت است. آنها انجام این کار را با ترکیب قدرتمند میکروسکوپ الکترونی بسیار حساس دوربین و پردازش تصویر پیشرفته. این روش می تواند کمک بسیاری از مناطق از نانو پژوهش است.

وقتی که می آید به فیلم و ویدئو, تعدادی از تصاویر گرفته شده یا نمایش داده شده در هر ثانیه است که شناخته شده به عنوان فریم در هر ثانیه یا fps است. اگر فیلم گرفته شده در بالا فریم در ثانیه نمایش داده می شود اما در کاهش fps اثر صاف کند کردن حرکت که اجازه می دهد تا شما را به درک در غیر این صورت غیر قابل دسترس جزئیات. برای مرجع فیلم نشان داده شده در سینما معمولا نمایش داده شده است و در 24 فریم در هر ثانیه برای بیش از 100 سال است. در دهه گذشته یا بیشتر ویژه میکروسکوپ و دوربین های محققان اجازه را به تصرف اتمی در مقیاس رویدادهای, در حدود 16 فریم در ثانیه. اما یک روش جدید افزایش یافته است و این به متناوب از 1600 فریم در ثانیه.

"ما پیش از این با موفقیت دستگیر اتمی در مقیاس حوادث در زمان واقعی" گفت: پروژه استاد Eiichi ناکامورا. "ما انتقال میکروسکوپ الکترونی (TEM) می دهد باور نکردنی وضوح فضایی, اما برای دیدن جزئیات در مقیاس کوچک فیزیکی و شیمیایی رویدادهای خوب شما نیاز به وضوح زمانی بیش از حد. این است که چرا ما به دنبال یک تصویر ضبط تکنیک که بسیار سریعتر از آزمایش های پیش از آن, بنابراین ما می تواند کاهش سرعت پخش از حوادث و دیدن آنها را در یک راه کاملا جدید است."

ناکامورا و تیم خود را با استفاده از TEM به عنوان آن را تا به قدرت برای حل اشیاء کوچکتر از 1 angstrom یا یک ده میلیاردم یک متر است. آنها متصل تصویربرداری دستگاه به نام مستقیم الکترون تشخیص (DED) ، این دوربین بسیار حساس است و قادر به بالا و نرخ فریم. اما حتی با این میکروسکوپ قدرتمند و حساس دوربین وجود دارد این است که یک مانع برای غلبه بر در منظور به دست آوردن قابل استفاده تصاویر: سر و صدا.

"برای گرفتن fps بالا شما نیاز به یک سنسور تصویربرداری با حساسیت بالا و حساسیت بیشتری به ارمغان می آورد با آن درجه بالایی از ویژوال سر و صدا. این یک واقعیت اجتناب ناپذیر از مهندسی الکترونیک" گفت: پروژه دانشيار Koji Harano. "برای جبران این سر و صدا و رسیدن به وضوح بیشتر ما با استفاده از پردازش تصویر روش به نام Chambolle مجموع تنوع حذف نویز. شما نمی ممکن است متوجه, اما شما احتمالا دیده می شود این الگوریتم در عمل آن را به عنوان به طور گسترده ای استفاده می شود برای بهبود کیفیت تصویر از وب سایت فیلم ها."

محققان آزمایش خود را راه اندازی توسط تصویربرداری ارتعاشی نانولوله های کربنی قرار دارد که فولرین (C60) مولکول شبیه وجهی توپ فوتبال ساخته شده از اتم های کربن. تصویربرداری راه اندازی اسیر برخی از رفتار مکانیکی دیده می شود هرگز قبل از در مقياس نانو. مانند یک ریگ در یک متزلزل maraca های نوسانی حرکت مولکول C60 همراه با نوسان از نانولوله کربنی ظرف. این است که فقط قابل مشاهده در نرخ فریم بالا.

"ما غافلگیر شد که این حذف نویز و پردازش تصویر آشکار نهان حرکت مولکول فولرین" گفت: Harano. "با این حال ما هنوز هم یک مشکل جدی است که در پردازش طول می کشد پس از این ویدئو گرفته شده است. این به این معنی بازخورد بصری از این آزمایش در زیر میکروسکوپ است که هنوز زمان واقعی اما با عملکرد بالا محاسبات این ممکن است ممکن است قبل از بیش از حد طولانی است. این می تواند به اثبات می شود یک ابزار بسیار مفید برای کسانی که به کشف جهان میکروسکوپی است."

###

مجله مقاله

Toshiki Shimizu, Dominik Lungerich جاشوا Stuckner, Mitsuhiro Murayama, Koji Harano و Eiichi ناکامورا. زمان واقعی ویدیو تصویربرداری مکانیکی حرکات تک مولکولی شاتل با زیر میلی ثانیه زیر angstrom دقت است. بولتن انجمن شیمی از ژاپن. https://doi.org/10.1246/bcsj.20200134

کمک های مالی و پشتیبانی

این پژوهش با حمایت وزارت آموزش و پرورش, فرهنگ, ورزش, علم و فناوری MEXT (KAKENHI 19H05459) ژاپن علوم و فناوری سازمان (SENTAN JPMJSN16B1), بنیاد ملی علوم (EAPSI #1713989 و DMREF #1533969) به Virginia Tech مرکز ملی زمین و محیط زیست فناوری نانو زیرساخت (NanoEarth) (NSF ECCS #1542100).

لینک های مفید

دانشکده شیمی - https://www.شیمی.s.u-توکیو.ac.jp/en

دانشکده علوم - https://www.s.u-توکیو.ac.jp/en/index.html

تماس با پژوهش

پروژه استاد Eiichi ناکامورا
گروه شیمی دانشکده علوم
دانشگاه توکیو 7-3-1 Hongo, کونکوردیا آلاباما-ku, Tokyo 113-0033 ژاپن
Tel: +81-3-5841-4356
ایمیل: nakamura@chem.s.u-tokyo.ac.jp

مطبوعات تماس با ما

آقای روهان Mehra
بخش استراتژیک, روابط عمومی دانشگاه توکیو
7-3-1 Hongo, کونکوردیا آلاباما-ku, Tokyo 113-8654 ژاپن
تلفن: +81-(0)80-9707-8450
ایمیل: press-releases.adm@gs.mail.u-tokyo.ac.jp

در مورد دانشگاه توکیو

دانشگاه توکیو ژاپن است پیشرو و دانشگاه یکی از دانشگاه های برتر پژوهشی. قریب به اتفاق تحقیقات خروجی برخی از 6000 محققان منتشر شده است در جهان بالا مجالت هنر و علوم است. ما پر جنب و جوش بدن دانش آموز در حدود 15000 نفر در مقطع کارشناسی و 15000 دانشجویان تحصیلات تکمیلی شامل بیش از 4000 دانشجویان بین المللی. پیدا کردن اطلاعات بیشتر در http://www.u-توکیو.ac.jp/en/ یا دنبال ما را در توییتر @UTokyo_News_en.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.