電子顯微鏡一直是尖端科學研究中不可或缺的重要工具，它提供了無與倫比的高解像度和放大能力，幫助人類探索無限的微觀世界。然而，現有的電子顯微鏡科技面臨著高成本、大體積，以及因為電子與研究樣本會產生作用並導致輻照損傷而需要極度低溫環境等不同限制。

為突破上述技術樽頸，香港城市大學（城大）科研團隊正在致力於研發電子束和樣本產生「零作用」的未來「量子電子顯微鏡」。團隊現階段把量子電子顯微鏡的部分零組件設計成一款可以在室溫下操作的緊湊型掃描與透射一體化電子顯微鏡，開創了電子顯微鏡的新紀元。他們計劃在三年內把這革命性的高倍電子顯微鏡創新技術商品化，把它製造成產品推出市場及量產。

這項目名為「脈衝空心錐掃描與透射一體化電子顯微鏡的商業化計劃」，由城大材料科學及工程學系講座教授陳福榮教授領導，最近獲得香港特別行政區政府創新科技署的「產學研1＋計劃」（RAISe+計劃）撥款資助。該計劃旨在釋放本地大學在研究成果轉化和商品化方面的潛力。

透射電子顯微鏡（transmission electron microscopes，TEM）和掃描電子顯微鏡（scanning electron microscopes，SEM）是許多現代科研工作中必不可少的工具。從生物樣本到納米結構，TEM及SEM電子顯微鏡都能提供超高放大率及解像度的圖像，幫助科研人員研究各種材料既複雜又精密的細節。

然而，無論是透射還是掃描電子顯微鏡使用的高能量電子束，均會對脆弱的生物樣本造成嚴重的輻射損傷。故此，在結構生物學領域，科研人員便採用冷凍透射電子顯微鏡（cryo-TEM）技術，即是先把蛋白質置於玻璃態冰層中，然後才進行觀測，以減少高能量電子束造成的輻射損傷。但缺點是冰層的引入，會對顯微成像帶來圖像雜訊，導致解像度下降。

為應對這些挑戰，陳福榮教授及其香港城大科研團隊基於他們在城大福田研究（現更名為「香港城市大學物質科學研究院（福田）」）研發出的尖端技術，創製了「脈衝電子空心錐照明混合TEM/SEM電子顯微鏡」。

這創新的顯微鏡系統在多方面克服及解決了現有電子顯微鏡的技術限制。首先，新系統的脈衝電子源減少了對軟材料樣本的輻射損傷，這對於保護生物樣本尤其重要；其次，透過空心錐照明技術產生的樣本放大圖像，其「對比度」是傳統透射電子顯微鏡模式所產生的明場圖像的四倍，遂能夠更詳細及清晰地對樣本進行成像。此外，城大團隊亦將利用它之前已開發出的色差和球面像差校正器（CS/SS）技術，進一步提高顯微影像的空間解像度。

而這套混合TEM及SEM的電子顯微鏡系統是座枱型，比傳統的TEM/SEM電子顯微鏡體積細小得多，而且更具成本效益。它可以在15-30 keV的低電壓範圍內操作，亦能夠在普通室溫下進行3D蛋白分子重建和納米材料研究，較冷凍電子顯微鏡更佳。

團隊亦展示了新的電子顯微鏡系統在多種不同的應用場景中，均能提供極高解像度的成像，包括可以優於 10nm 的超高表面解像度，對印刷電路板上的金屬接觸點、納米顆粒和其他生物樣本進行成像。

團隊相信，新設計的電子顯微鏡最終可以做到在透射模式下觀測蛋白質和分子的3D立體結構，以及在掃描模式下觀測納米材料並應用於半導體和晶片檢測。

「與現有的桌上型掃描電子顯微鏡（SEM）系統相比，我們最新研發的脈衝電子空心錐系統提供了優異的SEM電子顯微成像質數，能夠與市場上最好的桌上型系統媲美。」陳福榮教授續說：「此外，現時市場上並沒有電子顯微鏡產品的質量，達致我們新系統的同等高質量。我們的脈衝空心錐照明系統具有獨一無二的卓越性能，能夠使用透射電子顯微境（TEM）模式進行3D立體蛋白質重建，這是現時桌上型SEM所無法做到的。」。

「在RAISe+計劃提供資金以及我們業界夥伴的支持下，我們計劃在三年內為這款創新、小巧而又功能強大的混合模式電子顯微鏡建成生產線，以便把高質電子顯微鏡商業化及量產。」陳教授補充說。

陳教授長期從事材料科學和電子顯微鏡的尖端研究，是相關研究領域的翹楚。2023年4月，他和城大的科研團隊率先創建了一款結合了掃描和透射電子顯微鏡模式的「高時間分辨率電子顯微鏡」，成為全球首個達成這一重大突破及成就的大學研究團隊。