探索微观世界 洞察原子之美

工程师通过透射电子显微镜的电磁透镜调节系统 本报记者 陶磊 摄

本报记者 张炯强

一台透射电子显微镜(TEM)开始工作，不一会，电脑屏幕上出现一幅一轮一轮的优美图案。“这是纳米世界里的图案，肉眼看不到的。这就是赵东元院士最新研发的介孔材料。”操作人员告诉记者。位于复旦大学江湾校区二号交叉学科楼地下一层，是今年1月刚刚正式成立的复旦大学电镜中心。

科研突破的幕后功臣

何为电子显微镜（简称电镜）？多数普通人不知道答案。复旦大学电镜中心主任车仁超教授解释道，电子显微镜是利用电子束成像的一种显微镜，在电子显微镜中，作用于被检样品的电子束经电磁透镜放大后打到荧光屏上成像或作用于感光胶片成像。电子显微镜的分辨率要高于光学显微镜的分辨率，因为电子的波长远小于光的波长。车仁超介绍：“它可以洞察最细微的物质。我们的一台电镜，可以看到宇宙间最基本的物质——原子。它是科学家的‘眼睛’，可现微观之美。仅有头发丝50万分之一大小的物质，在电镜之下，可窥其真容。它是生命科学、医学、材料学以及许多交叉学科的重要帮手。”

举两个实例。“造孔之人”赵东元院士的科研工作需要在微观世界里“雕琢”2至50纳米之间的多孔结构物质，介孔如何设计、如何实现新材料功能，都需要高性能电镜来观察。彭慧胜院士团队近年来在锂电池领域不断取得突破性成果，一方面研发出可穿戴的柔性锂电池，另一方面又为即将破损的锂电池“延年增寿”，这些都离不开在电镜的帮助下所进行的电池内部微观实验。

托举高水平科技创新

复旦大学电镜中心，已经拥有约20台500万元以上的各类高端电镜，集中力量托举校内外高水平科技创新，为物质科学和生命医学等领域的基础研究和“产学研用”结合提供高水平特色支撑，旨在成为科学前沿突破的主阵地、重大项目的策源地和仪器技术的创新地。

对于身边的这些“宝贝”，车仁超如数家珍：全自动球差校正原位环境透射电镜（HF5000），可以在原位气氛环境下观察，结合二次电子探测器和高分辨能谱仪，可原位观察到样品表面原子级别的变化，可实现原子级别元素的定性定量分析；场发射冷冻透射电子显微镜（TKrios G4），现安置于生命科学学院，由麻锦彪老师管理，适用于生物领域样品的三维结构重构分析和三维冷冻电子断层扫描；还有材料加工—原位加热—结构表征双束多功能综合平台（Helios 5 CX），可以用于在固体样品上制备微纳结构，实现离子束刻蚀、离子束沉积、电子束沉积、高分辨扫描电镜等功能。

该中心与能源、生物、纳米材料等领域相关团队合作，已取得多项成果，登上《自然》等权威科学期刊，如《锂电池的固体电解质界面》《钙金属电池的固体电解质界面》《果绳Dicer—2蛋白复合物负染样品》等。

“高冷”机器的“艺术”作品

在电镜下，可以看到小鼠大脑中的髓鞘组和小鼠肝脏细胞里的线粒体。电镜分析能获得材料的组织结构，揭示材料基本性质和基本规律。扫描电镜成像是利用细聚焦高能电子束在样品表面激发各种物理信号，检测器将其转换为视频信号来调制显像管的亮度得到样品表面形貌的图像。“电镜中心其实并不像摆设的几台机器这么冰冷，许多的电镜图片往往令人惊艳，充满艺术性。”车仁超如是介绍。

复旦大学电镜中心以服务基础研究为核心使命，聚焦国家重大战略需求与学科前沿，致力于打造具备超高时空分辨能力的一站式电镜综合表征平台。未来，该中心将通过7×24小时全天候开放、数智化管理系统实现预约、统计、缴费及评价全链条透明管理，构建“一键通办”的高效服务模式，为全校师生提供一个开放、共享、协作的科研服务平台。