日本東北大學多元物質科學研究所最近在該校的片平校區安裝了一臺搭載AI的冷凍電子顯微鏡（日本電子公司製造）系統，並開始供校内外共用使用。透過與目前正在該校青葉山新校區建設的新一代同步輻射設施互補使用，從奈米到宏觀的所有物體均可視覺化，有望加速新材料開發和新藥開發。在共用使用之前，東北大學於6月15日針對新引進的冷凍電子顯微鏡舉行了公開儀式和參觀會。
公開儀式（供圖：東北大學多元物質科學研究所）
預定於2023年12月進行首次射束的新一代同步輻射設施（暱稱：NanoTerasu）是一個巨型顯微鏡，目前正在東北大學青葉山新校區建設，但它無法測量微米以下的微小材料。爲實施與新一代同步輻射設施聯動的一站式解決方案，東北大學多元物質科學研究所開始着手建設使用電子束進行測量的基礎設施。
此次引進的冷凍電鏡系統凍結包裹住樣本的溶液，將其變成非晶（玻璃狀）薄冰，並在液氮（-196℃以下）進行冷卻的條件下使用電子顯微鏡進行觀察。冷卻可以減量照射電子束造成的樣本傷害，由此以前以1Å左右的解析度X射線捕捉困難的氫原子也可以捕捉到了。
此前利用冷凍電鏡進行單粒子分析以及電子束三維晶體結構分析時，雖然可以半自動測量，但經常失敗，提高測量成功率一直是個問題。
多元物質科學研究所的米倉功治教授（兼理化學研究所放射光科學研究中心小組主任）開發的「yoneoLocr」利用深度學習在識別樣本形狀及判斷資料品質的同時控制電子顯微鏡。透過讓AI學習類比人類操作，可以消除單粒子分析和電子繞射資料自動測量的失敗，無需人工監測即可自動測量高品質資料。
搭載AI的冷凍電子顯微鏡系統（供圖：東北大學多元物質科學研究所）
例如，冷凍電鏡必須花一整晚乃至幾天的時間才能獲取大量的資料，對於比較難的樣本，需要人工花半天至數天的時間調整成像，而AI測量的人工操作時間可縮短至10～30分鐘。
冷凍電鏡過去僅限於蛋白質結構研究，但此次引進的裝置還適用於有機微晶及有機和無機混成材料等非生命材料的測量。
由此，新一代同步輻射設施建成後，東北大學就能夠實施從堅硬的材料到柔軟的材料的視覺化。
多元物質科學研究所所長寺内正己表示：「電子顯微鏡的研究主要集中在硬質材料的研究上，如果新一代同步輻射設施建成，研究範圍將擴展到蛋白質等軟質材料。爲此我們引進了該系統。目前，我們正在建立一個不僅能夠解決校内研究需求，還可以滿足社會需求的組織架構。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
