Ein Machine-Vision-Ansatz für Transmissionselektronenmikroskopie-Workflows, Ergebnisanalyse und Datenmanagement

Diese Technologie wurde entwickelt, um Hochleistungs-TEM-Studien für Benutzer aller Kenntnisstufen zugänglich zu machen. Darüber hinaus erfordern wissenschaftliche Fortschritte die Zusammenarbeit mehrerer Forscher, so dass eine effiziente Plattform für den Austausch und die Analyse großer, komplexer Datensätze für eine erfolgreiche Forschung unerlässlich ist. Operando und In-situ-Studien verwandeln ein TEM in ein Echtzeit-Nanolabor, das es den Forschern ermöglicht, die dynamischen Prozesse im Nanomaßstab zu erforschen, die die Wachstumseigenschaften von Materialien steuern. Eine der größten Herausforderungen bei in-situ TEM-Studien besteht darin, die Strahlbestrahlungseffekte vom intrinsischen Verhalten der Probe zu isolieren.

Eine genaue Messung und Verfolgung der Elektronendosis ist unerlässlich, aber ohne Dosismanagement-Software kann man nur die Elektronendosisleistung messen und nicht die Gesamtdosis oder die kritische Dosis. Komplexe TEM-Arbeitsabläufe erzeugen große Datensätze, die manuell ausgerichtet und zu ihren jeweiligen Bildern indiziert werden müssen. Bei diesem zeitaufwändigen Prozess können wichtige Informationen, wie z. B. Anpassungen der Bildgebungsbedingungen oder der Probenumgebung, verloren gehen, was die Analyse und Reproduzierbarkeit erschwert. Wir haben einen Workflow für maschinelles Sehen entwickelt, um die während eines Experiments erzeugten Bilder und Metadaten zu sammeln und in einer datenangereicherten, durchsuchbaren Zeitleiste zu indizieren.

Computer- und Bildanalysealgorithmen können Variablen zwischen Bildern berechnen, Korrekturen anwenden und versteckte Trends identifizieren. Durch die Berechnung, Synchronisierung und Indizierung neuer Metadaten in jedem Bild ist die multimodale Analyse plötzlich eine neue Möglichkeit. Genaue Informationen zur akkumulierten Dosis und Dosisleistung in den Zeolithbildern ermöglichen beispielsweise die quantitative Bewertung von Probenschäden über Tausende von Bildern hinweg.

Wir werden die Möglichkeiten der In-situ-TEM weiter ausbauen, indem wir die Ergebnisse zugänglich und interpretierbar machen und die experimentelle Reproduzierbarkeit verbessern. Diese Software ist eine Plattform zur Entwicklung von Workflow-gesteuerten Modulen, die auf spezifische, historisch schwierige Anwendungen abzielen, um In-situ-TEM-Experimente einfacher und informationsreicher zu machen.