FAST-EM High-speed elektronica voor een multibeam scanning electron microscope
De revolutionaire FAST-EM elektronenmicroscoop scant met 64 elektronenbundels tegelijk. Hij is daardoor honderd keer sneller dan een reguliere rasterelektronenmicroscoop. De FAST-EM biedt ongekende nieuwe mogelijkheden aan wetenschappelijke en medische instellingen. Voor een hightech innovatie van deze orde zijn veel verschillende expertises nodig. De multibeam elektronenmicroscoop is dan ook het resultaat van een intensieve samenwerking tussen Thermo Fischer, TU Delft, Technolution Advance en Delmic. De FAST-EM wordt door Delmic op de markt gebracht.
Samenwerken aan ontwikkeling
Alle partijen van het ontwikkelconsortium dragen met hun expertise en investeringen bij aan de doorontwikkeling van deze innovatieve technologie. Thermo Fisher is een grote Amerikaanse speler op het gebied van medische apparatuur en life science oplossingen. Delmic is gespecialiseerd in technologie voor microscopie. Het idee voor de multibeam elektronenmicroscoop komt voort uit baanbrekend onderzoek van de TU Delft. Technolution Advance ontwikkelt door middel van elektronica en software essentiële componenten voor de FAST-EM, zoals de elektronencamera en de high-speed dataverwerking. In de FAST-EM komen de sterke kanten van alle partijen bij elkaar.
Volume Electron Microscopy: extreem gedetailleerd, veel data
Een rasterelektronenmicroscoop (SEM) brengt details in beeld met een resolutie van enkele nanometers. Op die schaal zijn individuele atomen bijna zichtbaar. Een ‘reguliere’ SEM scant met een enkele elektronenbundel. Dit heeft een groot nadeel: het kost veel tijd. Het scannen van een preparaat van een paar millimeter duurt dagen of zelfs weken. De FAST-EM brengt deze tijd met 64 elektronenbundels terug tot enkele uren. Deze multibeam-technologie wordt daarom ook wel volume Electron Microscopy genoemd (vEM).
Voordelen voor gezondheidszorg, wetenschap en industrie
De hoge snelheid van de FAST-EM creëert veel nieuwe mogelijkheden. Artsen kunnen bijvoorbeeld in korte tijd diagnoses stellen aan de hand van 3D-beelden. Ze kunnen de beelden op afstand bekijken en delen met andere artsen. Ook voor de wetenschap en de smart industry biedt de snelheid van de FAST-EM grote voordelen.
De FAST-EM is inmiddels in gebruik bij het Universitair Medisch Centrum Groningen en de TU Delft. Het Universitair Medisch Centrum Groningen gebruikt de FAST-EM bij het maken van een atlas van het menselijk lichaam. Hierin zijn kenmerkende eigenschappen en markante elementen van medische samples eenvoudig terug te vinden. De TU Delft zet de FAST-EM in voor onderzoek naar de hersenen en het ontstaan van hersenziektes.
Veel nieuwe technologie
Voor de realisatie van de FAST-EM is veel innovatieve technologie ontwikkeld. Scannen met 64 bundels tegelijk genereert enorme datastromen, namelijk tot wel 10 gigabit per seconde; en dat urenlang. Voor de detectie en het datatransport hebben wij elektronica ontwikkeld die deze extreme datasnelheden kan verwerken. Deze elektronica is de camera in het hart van de FAST-EM.
Ook voor de analyse van zulke grote hoeveelheden data is nieuwe technologie nodig. Daarom ontwikkelen wij samen met het UMCG en de TU Delft een data-acquisitieplatform op basis van streaming data. Dit Imaging Data Platform (IMDAP*) organiseert en analyseert de scandata van de elektronenbundels. Met geavanceerde algoritmes worden de beelden van de afzonderlijke bundels ‘gestitcht’. Zo wordt een goede 2D- of 3D-visualisatie van het sample gemaakt. Gebruikers kunnen snel in- en uitzoomen op de visuele data, dankzij een Google Maps-achtige ‘pyramide’ van gestapelde beelden die het sample met een steeds hogere resolutie tonen.
Doorontwikkeling
De FAST-EM is een revolutie voor de wetenschap en de medische wereld. Maar de FAST-EM is slechts één schakel in de keten. De hoge scansnelheid vraagt om nieuwe technologie, zowel voor de invoer van samples, als voor de uitvoer en opslag van de scandata. Het consortium gaat door met de ontwikkeling van de FAST-EM-keten, waarbij de gebruiker automatisch en snel preparaten kan aanmaken en scannen. Dit is bijzonder nuttig voor gedetailleerde 3D-scans, want hiervoor zijn duizenden preparaten nodig.
*De ontwikkeling van IMDAP is mede tot stand gekomen dankzij een bijdrage van het Europees fonds voor regionale ontwikkeling EFRO en is medegefinancierd in het kader van de respons van de Europese Unie op de Covid-19-pandemie.
Bekijk Delmics video episode 2 (The bridge) voor meer informatie
Bekroonde technologie
