Saksamaa Göttingeni ülikooli teadlased väidavad, et uus algoritm, mis kompenseerib röntgenläätsede puudujääke, võib muuta röntgenmikroskoobi kujutised palju teravamaks ja kvaliteetsemaks kui kunagi varem. Hamburgis Saksa elektronsünkrotronis (DESY) tehtud esialgsed katsed näitasid, et algoritm võimaldab saavutada alla 10 nm eraldusvõime ja kvantitatiivse faasikontrastsuse isegi väga ebatäiusliku optikaga.
Standardsed röntgenmikroskoobid on mittepurustavad pildistamistööriistad, mis suudavad ülikiiretel kiirustel lahendada detaile kuni 10 nm tasemeni. Seal on kolm peamist tehnikat. Esimene neist on transmissioonröntgenmikroskoopia (TXM), mis töötati välja 1970. aastatel ja mis kasutab Fresneli tsooniplaate (FZP) objektiividena proovi struktuuri otseseks pildistamiseks ja suurendamiseks. Teine on koherentne difraktiivne kujutis, mis töötati välja ebatäiuslike FZP-objektiividega seotud probleemide kõrvalehoidmiseks, asendades objektiivipõhise kujutise moodustamise iteratiivse faasiotsingu algoritmiga. Kolmas tehnika, täisvälja röntgenmikroskoopia, põhineb inline holograafial ja sellel on nii kõrge eraldusvõime kui ka reguleeritav vaateväli, mistõttu on see väga hea nõrga kontrastsusega bioloogiliste proovide pildistamiseks.
Kolme tehnika kombineerimine
Uues töös juhivad teadlased Jakob Soltau, Markus Osterhoff ja Tim Salditt Alates Göttingeni röntgenfüüsika instituut näitas, et kõigi kolme tehnika aspekte kombineerides on võimalik saavutada palju kõrgem pildikvaliteet ja teravus. Selleks kasutasid nad kõrge pildi eraldusvõime saavutamiseks objektiivi objektiivina mitmekihilist tsooniplaati (MZP) koos kvantitatiivse iteratiivse faasiotsingu skeemiga, et rekonstrueerida, kuidas röntgenikiirgus proovi läbib.
MZP-lääts on valmistatud mõne aatomikihi paksustest peene struktuuriga kihtidest, mis on ladestunud kontsentrilistest rõngastest nanojuhtmele. Teadlased asetasid selle pildistatava proovi ja röntgenkaamera vahel reguleeritavale kaugusele DESY äärmiselt eredas ja fokuseeritud röntgenikiires. Kaamerat tabanud signaalid andsid teavet proovi struktuuri kohta – isegi kui see neelas vähe või üldse mitte röntgenkiirgust. "Jäänud jäi vaid leida sobiv algoritm teabe dekodeerimiseks ja selle teravaks kujutiseks rekonstrueerimiseks," selgitavad Soltau ja kolleegid. "Selle lahenduse toimimiseks oli ülioluline objektiivi enda täpne mõõtmine, mis polnud kaugeltki täiuslik, ja täielikult loobuda eeldusest, et see võiks olla ideaalne."
Röntgenmikroskoopia teravdab
"Ainult objektiivide ja numbrilise kujutise rekonstrueerimise kombinatsiooni abil saime saavutada kõrge pildikvaliteedi," jätkab Soltau. "Selleks kasutasime nn MZP edastusfunktsiooni, mis võimaldab meil muude piirangute hulgas kaotada ideaalselt joondatud, aberratsiooni- ja moonutusvaba optika."
Teadlased on nimetanud oma tehnikat "reporteripõhiseks pildistamiseks", sest erinevalt tavapärastest lähenemisviisidest, mis kasutavad proovi teravama pildi saamiseks objektiivi, kasutavad nad MZP-d, et "teada" proovi taga olevast valgusväljast, mitte. püüdes saada teravat pilti detektori tasapinnal.
Uuringu üksikasjad on avaldatud aastal Physical Review Letters.
