Un nuevo algoritmo que compensa las deficiencias en las lentes de rayos X podría hacer que las imágenes de los microscopios de rayos X sean mucho más nítidas y de mayor calidad que nunca, dicen investigadores de la Universidad de Göttingen, Alemania. Las pruebas preliminares realizadas en el Sincrotrón de Electrones Alemán (DESY) en Hamburgo mostraron que el algoritmo permite lograr una resolución inferior a 10 nm y un contraste de fase cuantitativo incluso con ópticas muy imperfectas.
Los microscopios de rayos X estándar son herramientas de imagen no destructivas capaces de resolver detalles hasta el nivel de 10 nm a velocidades ultrarrápidas. Hay tres técnicas principales. La primera es la microscopía de rayos X de transmisión (TXM), que se desarrolló en la década de 1970 y que utiliza placas de zona de Fresnel (FZP) como lentes objetivas para obtener imágenes y ampliar directamente la estructura de una muestra. El segundo es la imagen difractiva coherente, que se desarrolló para eludir los problemas asociados con las lentes FZP imperfectas al reemplazar la formación de imágenes basada en lentes con un algoritmo iterativo de recuperación de fase. La tercera técnica, la microscopía de rayos X de campo completo, se basa en la holografía en línea y tiene una alta resolución y un campo de visión ajustable, lo que la hace muy buena para obtener imágenes de muestras biológicas con un contraste débil.
Combinando tres técnicas
En el nuevo trabajo, investigadores dirigidos por Jakob Soltau, Markus Osterhoff y Tim Salditt en Instituto de Física de Rayos X de Göttingen demostró que al combinar aspectos de las tres técnicas, es posible lograr una calidad de imagen y una nitidez mucho mayores. Para hacer esto, utilizaron una placa de zona multicapa (MZP) como lente objetivo para lograr una alta resolución de imagen, junto con un esquema de recuperación de fase iterativo cuantitativo para reconstruir cómo se transmiten los rayos X a través de la muestra.
La lente MZP está hecha de capas finamente estructuradas de unas pocas capas atómicas de espesor depositadas a partir de anillos concéntricos en un nanocable. Los investigadores lo colocaron a una distancia ajustable entre la muestra que se está fotografiando y una cámara de rayos X en el haz de rayos X extremadamente brillante y enfocado en DESY. Las señales que golpeaban la cámara proporcionaban información sobre la estructura de la muestra, incluso si absorbía poca o ninguna radiación de rayos X. “Todo lo que quedaba era encontrar un algoritmo adecuado para decodificar la información y reconstruirla en una imagen nítida”, explican Soltau y sus colegas. “Para que esta solución funcionara, era crucial medir con precisión la lente en sí, que estaba lejos de ser perfecta, y prescindir por completo de la suposición de que podría ser ideal”.
La microscopía de rayos X se agudiza
“Fue solo a través de la combinación de lentes y la reconstrucción numérica de imágenes que pudimos lograr la alta calidad de imagen”, continúa Soltau. “Con este fin, utilizamos la llamada función de transferencia MZP, que nos permite eliminar ópticas perfectamente alineadas, sin aberraciones ni distorsiones, entre otras limitaciones”.
Los investigadores han denominado a su técnica "imágenes basadas en reporteros" porque, a diferencia de los enfoques convencionales que utilizan una lente objetivo para adquirir una imagen más nítida de la muestra, utilizan el MZP para "informar" el campo de luz detrás de la muestra, en lugar de tratando de obtener una imagen nítida en el plano del detector.
Los detalles completos de la investigación se publican en Physical Review Letters.
