美国能源部橡树岭国家实验室的科学家在《Science》杂志上首次描述了使用电子显微镜直接识别纳米级氨基酸中的同位素而不损坏样品的结果。这种新的电子显微镜技术可以检测纳米级蛋白质重量的细微变化，同时保持样品的完整性，这可以为更深入，更全面的生命基本构建研究开辟新的途径。

同位素通常用于标记分子和蛋白质。通过测量分子振动特征的变化，电子显微镜可以以前所未有的光谱精度和空间分辨率跟踪同位素。

该技术不会破坏氨基酸，允许动态化学的真实空间观察，并为生命科学中从简单到复杂的生物结构的大量科学发现奠定基础。

“质谱是一种显示样品原子量和同位素组成的科学工具，通常使用质谱法在宏观层面上看到同位素标记”ORNL的科学家兼通讯作者Juan Carlos Idrobo说。 “质谱分析具有极高的质量分辨率，但它通常不具有纳米空间分辨率。这是一种破坏性技术。”

质谱仪使用电子束将分子分解成带电碎片，然后通过它们的质荷比表征。在宏观尺度上观察样本，科学家们只能从统计学上推断出样本中可能存在的化学键。样本在实验过程中被破坏，留下未被发现的有价值的信息。

由ORNL团队应用的新电子显微镜技术提供了一种更温和的方法。通过将电子束定位得非常靠近样品，但不直接接触它，电子可以在不破坏样品的情况下激发和检测振动，从而允许在更长的时间段内在室温下观察生物样品。

“我们的技术是宏观质谱实验的完美补充，”Hachtel说。 “通过对质谱的预先了解，我们可以进入并在空间上解决同位素标记最终存在于真实空间样本中的位置。”

除了生命科学之外，该技术还可以应用于其他软物质，如聚合物，也可能应用于量子材料，其中同位素替代可以在控制超导性方面发挥关键作用。