进入国产化试验阶段！生物岛透射电镜120kV场发射电子枪最新进展

说起观察微观世界的工具，大多数人第一时间能想到电子显微镜。在生物岛实验室的生物电子显微镜技术研发创新中心，科研人员正在研发透射电子显微镜的核心部件——120kV场发射电子枪，朝着冷冻透射电镜整机实现国产化的目标不断前进。

01 电子枪起到的关键作用

冷冻透射电镜技术现阶段已成为结构生物学研究的重要手段，众多重要生理活动相关的复杂生物大分子复合体的三维精细结构得以分析和研究，推动了现代生命科学的发展。

生物岛实验室生物电子显微镜技术研发创新中心由孙飞研究员领衔组织科研工作，目前团队主要攻关冷冻透射电镜的研制工作，致力于实现冷冻透射电子显微镜的国产化，其中就包括120kV场发射电子枪这重要的一环。

如果把电子枪想象成一把枪，它必须以“狙击”的精度完成机枪的扫射，“子弹”的角度、速度完全一致。而团队攻克的120kV场发射电子枪的作用是发射电子、提供电子源，电子束性能好、电流密度大、稳定可靠、安全性能高、功能完全满足仪器的效果。

图：HJ-FEG120（年度新品）-120kV场发射电子枪

02 已完全具备自主研发的能力

项目启动2年来，团队一直在思考如何突破国外相关技术壁垒，从头到尾手把手研发出属于自己的电子枪。通过攻克各项难题，及多轮性能测试，团队自主研发的120kV场发射电子枪技术具备多项创新点：

一是实现单一加压系统。

二是突破120kV的SF6绝缘技术。

三是电子枪发射体在工作的情况下，可实现机械调节。

四是自主设计与电子枪适配的高压电源及高压接头。

五是自主设计360°辐射屏蔽，电子枪周围的辐射水平达到环境同等水平，且实现磁屏蔽和X射线屏蔽合二为一。

图：HJ-HT120（年度新品）-120kV低纹波高压电源

“生物岛实验室已经完全具备120kV场发射电子枪独立研制的能力了。”中心助理工程师朱工说道。

03 下一个目标：实现国产化

目前，团队自主研发的120kV场发射电子枪已进入试验阶段，等待采样验证及根据使用情况对细节进行优化调整。

“我们研发的电子枪120KV场发射冷冻电镜在未来全国范围内的市场需求量约有300台，全球市场大约在1000台。”朱工介绍道。团队研发的成果将有望改变我国冷冻透射电镜全部依赖进口的现状，实现国产化。

120kV场发射电子枪作为120kV场发射冷冻电镜的核心部件，未来同样可作用于其他高端电子显微镜，也为今后团队研发热发射电子枪、200kV电子枪、300kV电子枪及其对应的电子显微镜的研发打下很好的基础。

实验室科普Q&A

Q：什么是电子枪？

A：电子枪是产生、加速及会聚高能量密度电子束流的装置，将电子源至于电子枪系统后，电子枪系统能像透镜一样有效地聚焦由电子源产生的电子。120kV场发射电子枪的服务主体是冷冻透射电镜，冷冻透射电镜基于快速冷冻技术、冷冻传输技术和低剂量成像技术，能够对冷冻固定的生物样品（蛋白质复合体、细胞组织切片）在液氮温区(~90K)进行高分辨率的观测，在低温下观测可以有效降低电子束对样品的辐射损伤，保留生物样品的天然高分辨率结构信息。

Q：国产化的120kV场发射冷冻电镜的市场价值有多高？

A：目前全球能生产冷冻透射电镜的厂商屈指可数，主要以美国和日本为主，现阶段国内100%依赖进口。120kV场发射冷冻电镜在生物大分子复合体高分辨率结构分析领域有重要的应用价值，且相对进口的300kV场发射冷冻电镜，可较大程度地降低成本，有利于冷冻电镜技术在我国生物医药领域的进一步推广。