Từ những phương pháp sơ khai đến những thách thức hiện nay: Tiến sĩ Gorelik nói về Nhiễu xạ điện tử 3D (3D-ED)

Sự tiến bộ trong hiển vi điện tử phụ thuộc vào việc trao đổi cởi mở về kiến thức kỹ thuật và kinh nghiệm. Đó là lý do tại sao tại Tescan, chúng tôi mời những nhà nghiên cứu hàng đầu đến trụ sở chính tại Brno để trao đổi ý tưởng, thách thức các giả định và hoàn thiện các công cụ phân tích cũng như quy trình ứng dụng hỗ trợ công việc của họ.

Gần đây, chúng tôi đã chào đón Tiến sĩ Tatiana Gorelik, người tiên phong trong lĩnh vực tinh thể học điện tử, cho một phiên làm việc tập trung về nhiễu xạ điện tử 3D (3D-ED). Chuyến thăm của bà là một phần trong cam kết liên tục của chúng tôi nhằm làm việc sát cánh cùng cộng đồng khoa học để cải thiện thiết bị và hỗ trợ các kỹ thuật phân tích tiên tiến.

Góc nhìn của Tiến sĩ Tatiana Gorelik về 3D-ED

Tiến sĩ Gorelik có hơn hai thập kỷ kinh nghiệm về TEM và 3D-ED. Trong sự nghiệp khoa học của mình, bà đã đóng góp vào việc phát triển Kỹ thuật chụp cắt lớp nhiễu xạ tự động (ADT) và xử lý các tập dữ liệu nhiễu xạ điện tử để xác định cấu trúc 3D. Công việc của bà đã hỗ trợ sự phát triển của các phương pháp này thành PETS2, một công cụ phần mềm hàng đầu được công nhận rộng rãi trong giới học thuật để xử lý dữ liệu nhiễu xạ điện tử 3D.

Bà là một trong những nhà khoa học đầu tiên xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ bằng 3D-ED. Bà đã đóng góp cho nhiều lĩnh vực khoa học, bao gồm xác định cấu trúc tinh thể phân tử nhỏ, tinh thể học điện tử 2D và phân tích Hàm phân bố cặp (Pair Distribution Function) từ dữ liệu nhiễu xạ điện tử.

Hiện nay, bà tiếp tục nghiên cứu tại Trung tâm Ernst Ruska (ER-C) ở Đức và vẫn tích cực trong các hoạt động nghiên cứu, giáo dục và biên tập. Để hỗ trợ giáo dục trong lĩnh vực tinh thể học điện tử, bà đang tổ chức một khóa học mùa đông về tinh thể học điện tử tại Jülich vào tháng 3 năm 2026.

Nghiên cứu gần đây: Từ nhiễu xạ đến hình ảnh qua các phương pháp phục hồi pha

Trong một nghiên cứu gần đây, bà và Tatiana Latychevskaia (PSI) đã chứng minh khả năng tái tạo hình chiếu cấu trúc trực tiếp từ một mẫu nhiễu xạ điện tử duy nhất của các tinh thể nano MOF. Việc thu thập dữ liệu nhiễu xạ cẩn thận đã cho phép quan sát cả dữ liệu độ phân giải thấp (đại diện cho sự tán xạ hình dạng của tinh thể nano) và dữ liệu độ phân giải cao (đại diện cho đóng góp cấu trúc tinh thể). Cả hai vùng này đều có thể được sử dụng thành công để khôi phục thông tin không gian trực tiếp, bao gồm hình thái tinh thể và hình chiếu cấu trúc tinh thể.

Chiến lược thu thập dữ liệu để có 3D-ED đáng tin cậy

Trong bài trình bày của mình, Tiến sĩ Tatiana Gorelik đã chỉ ra cách nhiễu xạ điện tử có thể giải mã cấu trúc từ các tinh thể nano. Bà thảo luận về các phương pháp thu thập chuỗi nhiễu xạ nghiêng, chẳng hạn như thu thập theo từng bước với sự đảo phôi chùm tia (beam precession) và quay liên tục. Bà mô tả những ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp liên quan đến việc theo dõi tinh thể và việc tích phân cường độ các điểm nhiễu xạ được ghi lại.

Bà giải thích thêm về cách các tập dữ liệu ED nối tiếp và các mô hình học máy có thể được sử dụng để xác định hiệu quả ô đơn vị và cấu trúc nguyên tử của các mẫu cực kỳ nhạy với chùm tia. Bà đã sử dụng các ví dụ như sắc tố hữu cơ và các mẫu dược phẩm để nhấn mạnh rằng sự thành công của việc giải cấu trúc cuối cùng phụ thuộc vào chiến lược thu thập dữ liệu và chất lượng dữ liệu liên quan.

Đánh giá TENSOR: Hiệu suất và khả năng xử lý tinh thể nhỏ

TENSOR được thảo luận như một nền tảng có tiềm năng rõ rệt cho việc thu thập dữ liệu tự động hóa và thông lượng cao hơn, đặc biệt là khi kết hợp các chuỗi nghiêng 3D-ED nhỏ với thu thập dữ liệu 4D-STEM. Tiến sĩ Gorelik lưu ý rằng phương pháp này có thể tạo điều kiện cho việc thu thập dữ liệu nhiễu xạ hiệu quả từ một số lượng lớn các tinh thể nhỏ. Bà cũng ghi nhận chất lượng dữ liệu cao hơn từ các tinh thể rất nhỏ (<300 nm) so với các máy nhiễu xạ điện tử truyền thống.

Thử nghiệm thực tế: Xác định cấu trúc của sắc tố màu cam

Trong chuyến thăm, Tiến sĩ Gorelik đã thử nghiệm TENSOR trên một mẫu sắc tố màu cam nổi tiếng với việc tạo ra các tinh thể nhỏ xíu, bị kết tụ mạnh. Cấu trúc 3D chính xác của nó vì thế đã không được biết đến trong vài thập kỷ qua. Bà đã thu thập nhiều chuỗi nhiễu xạ 3D-ED nhỏ từ các tinh thể nhỏ riêng lẻ, chiết xuất các thông số ô đơn vị và sử dụng chúng để lập chỉ mục cho các mẫu nhiễu xạ tín hiệu cao 4D-STEM nối tiếp.

Tập dữ liệu kết hợp này đã cung cấp đủ thông tin tinh thể học để giải cấu trúc nguyên tử vốn đã lẩn khuất bấy lâu nay. Các phép đo của bà cho thấy TENSOR có thể thăm dò hiệu quả các tinh thể ở quy mô này bằng cách cho phép các chùm tia thăm dò chiếu sáng song song cực nhỏ (<100 nm), sự đảo phôi chùm tia nhanh và căn chỉnh chính xác.

Trò chuyện: Tiến sĩ Tatiana Gorelik về tương lai của 3D-ED

Điều gì đã thu hút bà đến với tinh thể học điện tử, và lĩnh vực này đã phát triển như thế nào kể từ khi bà bắt đầu?

Tiến sĩ Gorelik chia sẻ: "Tôi học hóa học nhưng lại có sở thích chụp ảnh. Sự kết hợp giữa việc tạo hình ảnh và cấu trúc phân tử đã dẫn dắt tôi đến sự nghiệp hiển vi điện tử. Tôi gia nhập một phòng thí nghiệm hiển vi điện tử vì ở đó có phòng tối rửa ảnh – một lựa chọn rất rõ ràng vào lúc đó."

Bà nhớ lại: "Tôi đã theo dõi trọn vẹn con đường phát triển của các kỹ thuật chụp cắt lớp nhiễu xạ điện tử. Trước đây, mọi thứ rất tẻ nhạt khi phải nghiêng mẫu thủ công, đặc biệt là các tinh thể hữu cơ dễ bị phân hủy. Sự thay đổi lớn nhất đến từ việc tự động hóa quá trình quay mẫu mà chúng tôi bắt đầu từ năm 2005-2006."

Thách thức lớn nhất trong 3D-ED hiện nay là gì, và thiết bị có thể giúp vượt qua chúng như thế nào?

"Có hai nhóm vấn đề chính. Thứ nhất là kỹ thuật: xử lý tinh thể nhỏ, quản lý dữ liệu lớn và căn chỉnh dữ liệu 3D. Thứ hai là hạ tầng: tính sẵn có của phương pháp. Bạn không thể tiến xa nếu tạo ra một cấu trúc mới mà không có chuyên gia hoặc thiết bị để đo đạc bước tiếp theo."

Bà nhấn mạnh: "Phương pháp này cần phải trở nên 'dân chủ' hơn, tức là sẵn có ở hầu hết các phòng thí nghiệm hóa học thay vì chỉ tập trung ở một vài trung tâm lớn."

Bà thấy 3D-ED phát triển như thế nào trong những năm tới?

"Tôi thấy trọng số rất lớn của tinh thể học điện tử nối tiếp dưới dạng 4D-STEM kết hợp. Trong vài năm tới, mọi người sẽ tập trung vào đó. Ngoài ra, việc tích hợp máy nhiễu xạ điện tử vào các cơ sở synchrotron như ở Tây Ban Nha, Anh và Đan Mạch cũng là một hướng đi quan trọng."

Bà cũng chỉ ra các lĩnh vực đột phá: "Dược phẩm là lĩnh vực hưởng lợi lớn nhất, đặc biệt là trong việc sàng lọc đa hình và xác định cấu trúc của các hoạt chất dược phẩm (APIs)."

Bà có lời khuyên nào cho các nhà nghiên cứu mới bắt đầu với 3D-ED?

• Gia nhập cộng đồng: Đăng ký vào các danh sách gửi thư chuyên ngành để cập nhật hội thảo và cơ hội việc làm.
• Tham dự các khóa đào tạo: Mỗi trường học hoặc hội thảo sẽ mang lại một góc nhìn mới tùy theo giai đoạn phát triển của bạn.
• Bắt tay vào thực hành: Đừng ngại thử nghiệm các mẫu đơn giản trong phòng thí nghiệm của riêng mình. Cộng đồng luôn sẵn sàng giúp đỡ bạn.

Tại sao công việc này quan trọng?

Những đóng góp của Tiến sĩ Gorelik đã giúp định hình các công cụ xử lý nhiễu xạ điện tử ngày nay. Chuyến thăm của bà giúp TESCAN hiểu rõ hơn nơi mà thiết bị có thể loại bỏ rào cản kỹ thuật và hỗ trợ chất lượng dữ liệu tốt nhất cho các nhà khoa học.

TENSOR được thiết kế để đáp ứng chính xác những nhu cầu này thông qua độ chính xác cao và khả năng tái lập kết quả, giúp đơn giản hóa quy trình làm việc đầy thách thức của các chuyên gia.

 Source:  https://tescan.com/news/3d-electron-diffraction-interview

Liên hệ và Yêu cầu hỗ trợ