CheeTah系列TEM探测器相机
公司简介
阿姆斯特丹科学仪器（Amsterdam Scientific Instruments，ASI）是一家专注于科学探测与成像技术的欧洲科技企业，致力于为电子显微、材料科学、生命科学及量子研究等领域提供高性能探测解决方案。公司基于Medipix、Timepix等混合像素探测技术，开发了面向TEM、SEM及光子探测等应用的系列产品，具有高速读出、单粒子探测、高动态范围和高时间分辨等特点。ASI注重探测器硬件、读出电子学与软件系统的协同开发，为科研机构、高校及实验室提供灵活的探测与数据采集解决方案，满足4D-STEM、电子衍射、时间分辨成像等前沿科研需求。
CheeTah产品简介
CheeTah系列是Amsterdam Scientific Instruments（ASI）推出的高速TEM直接电子探测器，采用Medipix3/Timepix3混合像素探测技术，具有单电子灵敏度、高速读出、高动态范围、低噪声及纳秒级时间分辨等特点。产品适用于4D-STEM、MicroED、3D电子衍射、原位TEM、时间分辨电子显微及低剂量成像等应用，可满足材料科学、晶体学、纳米材料及生命科学等领域的高性能电子探测需求。另外，ASI可根据具体接口条件，将CheeTah系统安装或改装到Thermo Fisher、JEOL、Hitachi和Zeiss等品牌的TEM平台上。
混合像素直接探测原理
传统TEM相机通常利用荧光屏将电子转换成光，再由ccd或cmos传感器积分成像。CheeTah采用直接电子探测方式：入射电子进入半导体传感器后产生电子—空穴对，在偏置电场作用下形成电荷信号，并由对应像素中的电子学电路直接放大和数字化。
CheeTah的传感器层与读出芯片分别制造，再通过像素级凸点键合（bump bonding）连接。这种混合像素结构具有两方面优势：
1.可根据电子能量及实验要求选择适合的传感器材料；
2.每个像素拥有独立的信号放大、阈值判断和数字读出电路。
Medipix3和Timepix3芯片的基本像素尺寸均为55 × 55 μm，单芯片阵列为256 × 256像素。探测阈值可设置在电子噪声水平之上，只有超过阈值的有效信号才会被记录。
CheeTah主要型号
| 型号 | 核心配置 | 主要特点 | 推荐应用 |
| CheeTah T3 Quad | Timepix3四芯片，512 × 512像素 | 事件驱动；像素ToA时间分辨率1.56 ns；外部tdc时间标记可达260 ps | 超高速4D-STEM、UEM、U-TEM、U-EELS、时间分辨电子实验 |
| CheeTah Ultra M3 | Medipix3，1024 × 512像素 | 大探测面积、无芯片间传感器间隙、高速帧式计数 | 3D-ED、MicroED、EELS、大视场衍射 |
| CheeTah Ultra T3 | Timepix3，1024 × 512像素 | 大面积事件探测，同时保留位置、时间和ToT信息 | 4D-STEM、UEM、U-EELS及多用途时间分辨实验 |
| CheeTah M3 Mega | Medipix3大面积探测器 | 12-bit模式下蕞高约3,000 fps；适合大晶胞和高通量3D-ED | cRED、MicroED、纳米晶结构解析、自动化3D-ED |
CheeTah系列产品优势
单电子灵敏度与低剂量成像：像素阈值可设定在电子噪声以上，从而实现单电子计数，并减少长时间积分产生的暗电流和读出噪声。该特性特别适合有机晶体、MOF、蛋白质晶体、二维材料和其他电子束敏感样品。
直接探测与高信噪比：入射电子直接在传感器中产生电荷，不需要传统荧光屏—光学耦合链路，减少了光扩散和转换损失，有利于获得较高的探测效率和衍射斑点定位精度。
高速、连续的数据采集：Medipix3适合高速帧式成像和连续旋转电子衍射；Timepix3则以连续事件流方式记录电子，可用于高速扫描、稀疏电子束（如：晶体衍射图样）和时间分辨实验。
耐辐照与直束探测能力：混合像素探测器针对高能粒子和辐射探测设计，能够承受电子束长期照射，并可在适当实验条件下记录包含直射电子束的衍射图样。
一次采集，多种分析：CheeTah记录的二维衍射数据或电子事件流可进一步用于：虚拟明场、暗场和环形暗场成像；DPC与质心（Center of Mass）分析；相位映射（Phase Mapping）；晶体取向映射（Orientation Mapping）；应变映射（Strain Mapping）；电子叠层衍射成像（Ptychography）；时间切片、泵浦—探测和瞬态差分分析。CheeTah提供的是上述算法所需的原始数据；具体重建能力还取决于扫描系统、同步方式及所采用的数据处理软件。
SERVAL软件
除了标配具有相机操控和图像数据采集等功能的ACCOS软件，ASI还提供成熟的HTTP REST API（Serval软件），用于相机的外部控制和灵活的系统集成。提供Python与C++等示例代码及其详细说明。通过Serval软件，CheeTah TEM探测器相机可被集成到以下软件：
1）SerialEM(cryo-EM 自动化控制软件)
2）Instamatic(专注于TEM自动采集)
3）PantaRhei(事件型数据处理分析软件)
4）LiberTEM(开源并行cryo-EM数据处理框架软件)
CheeTah系列应用方向
三维电子衍射、MicroED与cRED：
纳米晶体可能只有数十至数百纳米，远小于常规X射线单晶衍射所要求的晶体尺寸。CheeTah可在低电子剂量下高速记录连续倾转过程中的电子衍射图样，形成三维倒易空间数据，用于晶胞确定、强度提取和晶体结构解析。Stockholm University的Xiaodong Zou教授在ASI官网用户评价中指出，Medipix3探测器与连续旋转电子衍射结合后，可显著改善数据质量，并将部分数据采集过程由数小时缩短至数分钟。
4D-STEM：
在4D-STEM实验中，电子探针在样品二维平面上扫描，并在每个扫描位置记录一幅二维衍射图样，从而获得：(x,y,k_x,k_y)。Timepix3的事件驱动读出可将每个电子事件的时间戳与扫描位置关联，减少传统帧率对扫描驻留时间的限制。相关研究已实现蕞低约100 ns的扫描驻留时间，适用于快速、低剂量4D-STEM。基于这些数据，可进一步开展DPC、相位成像、Ptychography、晶体取向和应变分析。
超快电子显微镜（UEM/U-TEM）：
CheeTah T3可记录每个电子事件的到达时间，并通过外部TDC接收飞秒激光同步、电子束门控或延迟扫描信号。由此可把电子事件按照激光—电子相对延迟重新分类，研究载流子输运、光诱导相变、局域场变化和其他瞬态过程。
超快EELS（U-EELS）：
在事件型EELS中，Timepix3可记录每个电子在能量色散方向的位置和到达时间，并将扫描器同步信号写入同一数据流。这样可在后处理中重建具有空间、能量和时间维度的超光谱数据集，支持纳秒尺度的动态EELS和泵浦—探测实验。
自动化Cryo-EM工作流程：
公开研究已将Timepix3混合像素探测器集成到SerialEM控制的Cryo-EM单颗粒分析流程中，并获得了3.01 Å分辨率的BfrB结构。该工作说明事件驱动探测器能够与自动化显微镜控制和单颗粒重建流程结合，但具体CheeTah系统是否包含相应接口和插件，应以项目配置为准。
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