城大成為全球首家自行設計及生產新一代桌上型電子顯微鏡的大學

香港城市大學（城大）的研究團隊率先研發先進技術，自主設計及生產新一代電子顯微鏡 ，是全球首家擁有相關科研實力的大學。

在材料科學及工程學系講座教授陳福榮教授帶領下，團隊研發出的電子顯微鏡系統包括脈沖電子源、超快相機、分段抽氣真空系統及像差校正器等部件，是全球第一台由大學團隊自主研發的桌上型、兼具場發射「掃描 (SEM)」和「掃描透射 (STEM)」模式和時間分辨的新一代電子顯微鏡，可同時觀察到樣本的表面和內部結構，分辨率達納米級別。

團隊的最終目標是研發出一款小型高時空分辨「量子」電子顯微鏡，用以研究光束靈敏材料的原子動態。

由於電子顯微鏡能以明顯高於光學顯微鏡的分辨率成像，並提供微納米甚至原子尺度的測量及分析，因此在多個研究行業中廣受歡迎，尤其在醫學、生命科學、化學、材料學、集成電路和其他研究領域。不過，目前的電子顯微鏡一直未能解決幅射損害樣本、以及只局限於觀察靜態的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，現行電子顯微鏡的體積也難以應用於空間有限的環境，例如太空穿梭機、深海及深地研究船及器具。

為克服上述問題，城大團隊研發的新型電子顯微鏡，配備獨創的「分級泵浦」設計以提升成像質素，以及設有背散射和二次電子探測器，不但能夠進行基本的樣品掃描、放大和成像功能，更可觀測液態樣本，而且能減低輻射對樣本表面的損害，適用於觀測容易損傷的物質。此外，它設有低電壓操作模式，方便生命科學相關研究範疇的應用。

團隊同時設計出可供桌面版電子顯微鏡使用的脈沖電子源和快速相機。在快速相機上加裝偏向器，令成像速度不再受制於成像輸出時間，這一概念在桌面電子顯微鏡系統上首次得到證實。此外，團隊設計的像差校正器更進一步提升成像的解像度。

結合上述多項先進設計，該新型電子顯微鏡可於5分鐘內成像，並可提供10萬以上的放大倍率，以便進行納米等級的測量和分析。

由於團隊擁有相關的知識產權，並可自由設計系統，因此未來將可用較低成本生產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同類產品的六成價格出售。

同時兼任城大高時空分辨電子顯微中心主任及深圳福田研究院院長的陳教授說：「高端儀器微型化是工業發展無可避免的趨勢。」

團隊得到福田區政府支持，是唯一成功製造多個高端電子顯微鏡的大學研究團隊。

團隊現正研發高時空分辨率掃描/透射一體化桌面電子顯微鏡，將利用脈沖空錐成像，在室溫及液態狀況下觀察及重構立體的蛋白質結構。陳教授解釋，目前要觀察蛋白質的結構，只能在極低溫度下以冷凍電子顯微鏡進行，團隊的研究將突破這方面的局限。

團隊下一步的計劃是在大灣區建立一個世界領先的電子光學設計和製造中心，集中研究電子光學技術，並進行技術轉移。

陳教授說：「該中心旨在將電子光學的相關技術轉移至營運中及新成立的公司。」

他補充說，中心的目標是要在儀器及科學領域上，保持較全球其他電子顯微鏡設施領先15年的技術。

中心將以創新的電子光學技術，專注研發目前未能在不同外部環境（例如電場、激光、高溫、低溫）下進行的人工光合作用、量子材料及水科學等相關應用科技，提供一系列高時空分辨電子顯微鏡服務。

陳教授指出，該中心將在量子器件、未來能源、生命科學及醫學等領域作出突破性的研究，並將團隊的科研成果轉化為應用，造福社會，並促進業界與學界的合作。

 

城大署理校長陳志豪教授、深圳市福田區區委書記黃偉先生、深圳福田區人民政府副區長歐陽繪宇先生及深圳市科技創新委員會科技重大專項處處長陳文獻先生出席了於4月20日舉行的新聞發佈會。