日本东北大学多元物质科学研究所最近在该校的片平校区安装了一台搭载AI的冷冻电子显微镜（日本电子公司制造）系统，并开始供校内外共享使用。通过与目前正在该校青叶山新校区建设的新一代同步辐射设施互补使用，从纳米到宏观的所有物体均可可视化，有望加速新材料开发和新药开发。在共享使用之前，东北大学于6月15日针对新引进的冷冻电子显微镜举行了公开仪式和参观会。
公开仪式（供图：东北大学多元物质科学研究所）
预定于2023年12月进行首次射束的新一代同步辐射设施（昵称：NanoTerasu）是一个巨型显微镜，目前正在东北大学青叶山新校区建设，但它无法测量微米以下的微小材料。为实现与新一代同步辐射设施联动的一站式解决方案，东北大学多元物质科学研究所开始着手建设使用电子束进行测量的基础设施。
此次引进的冷冻电镜系统冻结包裹住样本的溶液，将其变成非晶（玻璃状）薄冰，并在液氮（-196℃以下）进行冷却的条件下使用电子显微镜进行观察。冷却可以减少照射电子束造成的样本损伤，由此以前以1Å左右的分辨率X射线捕捉困难的氢原子也可以捕捉到了。
此前利用冷冻电镜进行单粒子分析以及电子束三维晶体结构分析时，虽然可以半自动测量，但经常失败，提高测量成功率一直是个问题。
多元物质科学研究所的米仓功治教授（兼理化学研究所放射光科学研究中心小组主任）开发的“yoneoLocr”利用深度学习在识别样本形状及判断数据质量的同时控制电子显微镜。通过让AI学习模拟人类操作，可以消除单粒子分析和电子衍射数据自动测量的失败，无需人工监测即可自动测量高品质数据。
搭载AI的冷冻电子显微镜系统（供图：东北大学多元物质科学研究所）
例如，冷冻电镜必须花一整晚乃至几天的时间才能获取大量的数据，对于比较难的样本，需要人工花半天至数天的时间调整成像，而AI测量的人工操作时间可缩短至10～30分钟。
冷冻电镜过去仅限于蛋白质结构研究，但此次引进的装置还适用于有机微晶及有机和无机杂化材料等非生命材料的测量。
由此，新一代同步辐射设施建成后，东北大学就能够实现从坚硬的材料到柔软的材料的可视化。
多元物质科学研究所所长寺内正己表示：“电子显微镜的研究主要集中在硬质材料的研究上，如果新一代同步辐射设施建成，研究范围将扩展到蛋白质等软质材料。为此我们引进了该系统。目前，我们正在建立一个不仅能够解决校内研究需求，还可以满足社会需求的组织架构。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
