基于FPGA的4D-STEM电子断层扫描扫描器与SerialEM服务器

四维扫描透射电子显微术（4D-STEM）能够在稠密阵列中的每一个探针位置采集衍射图样。对于成像应用而言，这种方法在空间分辨率和对比度增强方面具有显著优势。在本研究中，我们介绍了一种与 SerialEM 软件集成的同步扫描发生器的开发，该装置可实现断层成像等复杂实验方案的自动化。所提出的硬件作为 SerialEM、显微镜扫描控制器、快速环形暗场探测器以及像素化探测器同步触发器之间的接口。我们此前名为 SavvyScan 的实现方案依赖于一台专用计算机，该计算机配备了多通道采集与信号发生卡，并配有一个独立的微控制器用于同步。在此，我们报道了一种基于 Red Pitaya 板卡的低成本实现，利用对其嵌入式 FPGA 和 Linux 服务器组件的直接编程。我们提供了系统安装与操作的详细说明，并给出了修改源代码的实用指导。系统性能通过示波器测量和复制光栅样品成像得到了验证。该方法的实用性还通过以下方式得到进一步证明：利用冷冻线粒体样品的阴影拼接投影倾转序列生成了三维电子断层重构。

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摘要

四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）能够在致密阵列中的每一个探针位置获取衍射图样。对于成像应用而言，这种方法在空间分辨率和对比度增强方面具有显著优势。在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。

本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 发布。

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发布于 2026 年 7 月 1 日。

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用于 4D-STEM 电子断层成像的基于 FPGA 的扫描器和 SerialEM 服务器

Shahar Seifer， Michael Elbaum

bioRxiv 2026.06.26.734744； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734744

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Shahar Seifer， Michael Elbaum

bioRxiv 2026.06.26.734744； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734744

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.26.734744v1?rss=1

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