N O T E M

Near – field  Optical  Transmission  Electron  Microscope®

Fotonowo transmisyjny  elektronowy mikroskop emisyjny

Przedmiotem przedsięwzięcia jest fotonowo transmisyjny elektronowy mikroskop emisyjny: analityczne urządzenie obrazujące przeznaczone do optycznej inspekcji i obserwacji nano-obiektów fotonami prześwietlającego go promieniowania elektromagnetycznego, wykorzystujące do odwzorowania, powiększenia i detekcji  fotonowego obrazu transmisyjnego (indukowanego w fotoemisyjnej nanowarstwie  konwertera) generowane tym obrazem fotoelektrony. W swej zasadzie działania, funkcji i zastosowaniach przedmiot projektu dotyczy analizy i obrazowania mikro-/ nano- obiektów (zarówno w próżni, ale przede wszystkim poza nią, w otoczeniu powietrza lub gazu roboczego o dowolnym składzie i ciśnieniu) zbudowanych z materii w gazowym, ciekłym, stałym lub mieszanym stanie skupienia (zarówno z nieorganicznej i organicznej, jak też z nieożywionej i ożywionej- w szczególności z dowolnego materiału biologicznego ‘in vivo’ w warunkach naturalnych, ale też laboratoryjnych/eksperymentalnych w otoczeniu gazów roboczych lub cieczy), jak również odnosi się do wizualizacji (real time imaging) procesów w tych obiektach zachodzących (np. fizycznych, chemicznych, fizykochemicznych, elektrochemicznych, temperaturowych, magnetycznych, elektrycznych etc.) elektronami wtórnymi powstałymi w wyniku konwersji przenikającego przez obiekt promieniowania elektromagnetycznego (niespolaryzowanego, spolaryzowanego liniowo lub spolaryzowanego kołowo/eliptyczne, np.: promieniowania synchrotronowego, promieniowania X, promieniowania laserowego, światła UV lub widzialnego, etc).

Występujące w tytule przedmiotu przedsięwzięcia określenia: ‘fotonowy’ i ‘elektronowy’ determinują jego przynależność do dwóch dziedzin technik mikroskopowych jednocześnie: optycznej i elektrooptycznej. Pierwsza z nich, ze względu na charakter oddziaływania fotonów promieniowania elektromagnetycznego z obserwowaną próbką (‘po stronie powietrza’), ogranicza się w opisywanym tu mechanizmie konwersji obrazów (fotonowy→elektronowy) w cienkowarstwowej («λ) fotoemisyjnej membranie do zagadnień optycznych bliskiego pola (poniżej limitu dyfrakcyjnego fotonów). Natomiast w swej elektrooptycznej części (‘po stronie próżni’) przedmiot przedsięwzięcia odnosi się przede wszystkim do emisyjnych i transmisyjnych technik mikroskopowych elektronowego ‘obrazowania równoległego’ (‘parallel imaging’), wykorzystujących unikalne właściwości katodowej soczewki obiektywu, zwanej też obiektywem immersyjnym. Reguła obrazowania optycznego w ‘bliskim polu’ stosowana jest w technice skaningowej SNOM (Scanning Near-field Optical Microscope), w której źródło fotonów (zwężony koniec światłowodu) przesuwa się względem obiektu w odległości mniejszej niż długość fali, prowadząc do uzyskania rozdzielczości przekraczających limit dyfrakcyjny. W mikroskopii NOTEM dokonująca się w fotoemisyjnej nanowarstwie przetwornika konwersja fotonowego obrazu transmisyjnego na skorelowany z nim obraz fotoelektronowy (w płaszczyźnie obiektu elektrooptycznego obiektywu immersyjnego) determinuje jej związek z dwiema dziedzinami mikroskopii elektronowej: mikroskopią transmisyjną (TEM- Transmission Electron Microscope) oraz  emisyjną (EEM- Emission Electron Microscopy, w szczególności fotoemisyjną PEEM- Photoemission Electron Microscopy). Istota nowatorskiej koncepcji polega na połączeniu w fotonowo transmisyjnym mikroskopie elektronowym NOTEM (Near-field Optical Transmission Electron Microscope) obrazowania optycznego, realizowanego w reżimie bliskiego pola (gwarantującego rozdzielczość lateralną <20nm, wielokrotnie przekraczającą limit dyfrakcyjny w klasycznej mikroskopii optycznej) oraz fotoemisyjnej mikroskopii elektronowej opartej na zasadzie ‘obrazowania równoległego’ (‘parallel imaging’) katodowej soczewki obiektywu (‘cathode lens based microscopy’), poprzez konwersję fotonowego obrazu transmisyjnego (utworzonego przez fotony prześwietlającego obiekt promieniowania, np. ∼500 nm) w fotoemisyjnej nanowarstwie cienkowarstwowej membrany na wysokorozdzielczy obraz elektronowy po stronie próżni.

Takie unikalne (‘hybrydowe’) połączenie zalet klasycznego mikroskopu optycznego (obiekt ‘in vivo’ “po stronie powietrza”) z mikroskopem elektronowym (wysokorozdzielcze obrazowanie elektronami “po stronie próżni”) pozwala na znaczne przekroczenie optycznego limitu dyfrakcyjnego i obserwacje materii ożywionej (np. bakterii) czy wirusów (w szczególności koronawirusów, np. SARS-CoV-2) o rozmiarach nanometrycznych w ich warunkach naturalnych (lub laboratoryjnych/ eksperymentalnych) z rozdzielczością mikroskopii elektronowej w czasie rzeczywistym ‘in vivo’ (a nie ‘post mortem’ jak obecnie). Zaproponowana technika i posługująca się nią innowacyjna mikroskopia NOTEM® chroniona jest własnym, polskim i międzynarodowym zgłoszeniem patentowym.

Dziedziny aplikacji nowatorskiej techniki mikroskopowej NOTEM obejmują swoim zasięgiem (szczególnie w kontekście „life science”) obszar części mikroskopii elektronowej (ok. 20% rynku) oraz całej mikroskopii optycznej (stanowiącej ok. 40% rynku mikroskopowego), co czyni proponowaną technikę atrakcyjną komercyjnie: wartość globalnego rynku mikroskopowego w 2024 roku oszacowano na 10 miliardów US-$.

https://www.bccresearch.com/market-research/instrumentation-and-sensors/microscopy-global-market-report.html