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國產(chǎn)透射式電鏡，也曾有過一段輝煌的歷史。早在1963年，我國就開始了高壓100kV電子槍穩(wěn)定因素探討的實(shí)驗(yàn)。1979年，中國自主研制透射式電鏡達(dá)到當(dāng)時(shí)的國際先進(jìn)水平，還專門為國產(chǎn)的電子顯微鏡發(fā)行過紀(jì)念郵票。

然而后來，研發(fā)卻由于種種原因一度中斷。如今，國內(nèi)已沒有任何一家企業(yè)生產(chǎn)透射式電鏡，想要拍蛋白質(zhì)3D高清照片，就只能從國外進(jìn)口設(shè)備。

6月6日，《科技日?qǐng)?bào)》“亟待攻克的核心技術(shù)”專欄再度刊文，分析了中國為何在這一領(lǐng)域再也“沒使上勁”。是什么卡了我們的脖子？

全文如下：

5月29日，清華大學(xué)生命科學(xué)院博士生張森森的蛋白樣品9時(shí)準(zhǔn)時(shí)在液氮環(huán)境下進(jìn)入冷凍電鏡。幾天后，埃（10-10）級(jí)精度的蛋白質(zhì)“高清3D彩照”將出爐。研究人員可以“直視”單個(gè)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，并解出生命運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理。

這期間，冷凍電鏡中的電子槍將持續(xù)發(fā)射電子，每次看一個(gè)小單元。為了解釋這個(gè)“小單元”，張森森為記者示意了一個(gè)“鑷子尖”大小的小金片，“金片上約有200個(gè)左右的均勻小孔，每個(gè)小孔中再分150個(gè)小孔，電子束一次只‘看’其中一個(gè)小孔。”金片類似蛋白質(zhì)的“載玻片”，與光學(xué)顯微鏡不同的是，載玻片透光，小金片要透電子，容許電子束透過樣品時(shí)受到散射。散射信號(hào)被捕捉記錄下來，計(jì)算后可呈現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)。

透射式電鏡的生產(chǎn)能力是冷凍電鏡制造能力的基礎(chǔ)之一。“國內(nèi)沒有一家企業(yè)生產(chǎn)透射式電鏡。”賽默飛公司技術(shù)支持陳寶慶說得不假思索，他畢業(yè)于北京大學(xué)地球物理專業(yè)，對(duì)行業(yè)非常了解，他介紹，“之前還有幾個(gè)企業(yè)制造，比如原江南光學(xué)儀器廠現(xiàn)在就不造了?！?

透射電鏡  圖源：美國俄克拉荷馬大學(xué)官網(wǎng) 下同

能做到單電子束控制的燈絲，只有進(jìn)口

“理論上說，只要施加足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，電子就會(huì)從材料中‘游’出來?！标悓殤c說。但“游”的狀態(tài)與可以使用的電子狀態(tài)相距甚遠(yuǎn)。

什么樣的電子才能為蛋白質(zhì)拍攝高清3D彩照呢？東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院萬克樹教授描述了理想的狀態(tài)：速度完全一樣的電子，從“源頭”的一個(gè)點(diǎn)上、非常多地發(fā)射出來。

“這些要求是相互矛盾的?！比f克樹解釋，電子從材料表面溢出，要發(fā)射電子多，面積就要大，但是面積大了就難以滿足一致性要求。

如果把電子槍想象成一把槍，它必須以“狙擊”的精度完成機(jī)槍的掃射，“子彈”的角度、速度完全一致。

“電子的能量要做到高度一致，雖還達(dá)不到激光的程度，但也必須是很窄的分布?！标悓殤c解釋，電子“子彈”一致性是提高圖像分辨率的前提。

為此，電子槍的核心構(gòu)造其實(shí)是一根極細(xì)的“陀螺針”，形似陀螺，尖端卻比針還細(xì)。電子從尖端出發(fā)，在真空的環(huán)境下，前去與大分子“相撞”，進(jìn)而反映出分子構(gòu)象。

“之前的技術(shù)路線是通過加熱讓電子槍發(fā)射電子，發(fā)射源（俗稱“燈絲”）用鎢絲或六硼化鑭，需要2500℃左右，高溫促使電子發(fā)射，但也使電子異?；钴S、難以控制，因此熱發(fā)射電子槍的電鏡精度低?！比f克樹說。

“場(chǎng)發(fā)射是通過高壓電場(chǎng)，把電子從‘燈絲’里拉出來，室溫下可完成?！?/strong>萬克樹說，“所用燈絲國內(nèi)沒有生產(chǎn)，全部依賴進(jìn)口，每根上萬美元左右?！?/strong>