城大成为全球首家自行设计及生产新一代桌上型电子显微镜的大学

香港城市大学（城大）的研究团队率先研发先进技术，自主设计及生产新一代电子显微镜，是全球首家拥有相关科研实力的大学。

在材料科学及工程学系讲座教授陈福荣教授带领下，团队研发出的电子显微镜系统包括脉冲电子源、超快相机、分段抽气真空系统及像差校正器等部件，是全球第一台由大学团队自主研发的桌上型、兼具场发射“扫描 (SEM)”和“扫描透射 (STEM)”模式和时间分辨的新一代电子显微镜，可同时观察到样本的表面和内部结构，分辨率达纳米级别。

团队的最终目标是研发出一款小型高时空分辨“量子”电子显微镜，用以研究光束灵敏材料的原子动态。

由于电子显微镜能以明显高于光学显微镜的分辨率成像，并提供微纳米甚至原子尺度的测量及分析，因此在多个研究行业中广受欢迎，尤其在医学、生命科学、化学、材料学、集成电路和其他研究领域。不过，目前的电子显微镜一直未能解决幅射损害样本，以及只局限于观察静态的图像样本的樽颈问题，窒碍研究微小原子及电子光束灵敏的材料。此外，现行电子显微镜的体积也难以应用于空间有限的环境，例如太空穿梭机、深海及深地研究船及器具。

为克服上述问题，城大团队研发的新型电子显微镜，配备独创的“分级泵浦”设计以提升成像质素，以及设有背散射和二次电子探测器，不但能够进行基本的样品扫描、放大和成像功能，更可观测液态样本，而且能减低辐射对样本表面的损害，适用于观测容易损伤的物质。此外，它设有低电压操作模式，方便生命科学相关研究范畴的应用。

团队同时设计出可供桌面版电子显微镜使用的脉沖电子源和快速相机。在快速相机上加装偏向器，令成像速度不再受制于成像输出时间，这一概念在桌面电子显微镜系统上首次得到证实。此外，团队设计的像差校正器更进一步提升成像的解像度。

结合上述多项先进设计，该新型电子显微镜可于5分钟内成像，并可提供10万以上的放大倍率，以便进行纳米等级的测量和分析。

由于团队拥有相关的知识产权，并可自由设计系统，因此未来将可用较低成本生产特定的小型电子显微镜。例如，六硼化镧（LaB6）桌面电子显微镜将可以目前市场同类产品的六成价格出售。

同时兼任城大高时空分辨电子显微中心主任及深圳福田研究院院长的陈教授说：“高端仪器微型化是工业发展无可避免的趋势。”

团队得到福田区政府支持，是唯一成功制造多个高端电子显微镜的大学研究团队。

团队现正研发高时空分辨率扫描/透射一体化桌面电子显微镜，将利用脉沖空锥成像，在室温及液态状况下观察及重构立体的蛋白质结构。陈教授解释，目前要观察蛋白质的结构，只能在极低温度下以冷冻电子显微镜进行，团队的研究将突破这方面的局限。

团队下一步的计划是在大湾区建立一个世界领先的电子光学设计和制造中心，集中研究电子光学技术，并进行技术转移。

陈教授说：“该中心旨在将电子光学的相关技术转移至营运中及新成立的公司。”

他补充说，中心的目标是要在仪器及科学领域上，保持较全球其他电子显微镜设施领先15年的技术。

中心将以创新的电子光学技术，专注研发目前未能在不同外部环境（例如电场、激光、高温、低温）下进行的人工光合作用、量子材料及水科学等相关应用科技，提供一系列高时空分辨电子显微镜服务。

陈教授指出，该中心将在量子器件、未来能源、生命科学及医学等领域作出突破性的研究，并将团队的科研成果转化为应用，造福社会，并促进业界与学界的合作。

 

城大署理校长陈志豪教授、深圳市福田区区委书记黄伟先生、深圳福田区人民政府副区长欧阳绘宇先生及深圳市科技创新委员会科技重大专项处处长陈文献先生出席了于4月20日举行的新闻发布会。