میکروسکوپ اشعه ایکس تیز می شود

به گفته محققان دانشگاه گوتینگن آلمان، الگوریتم جدیدی که کمبود عدسی‌های اشعه ایکس را جبران می‌کند، می‌تواند تصاویر میکروسکوپ‌های اشعه ایکس را بسیار واضح‌تر و با کیفیت‌تر از همیشه کند. آزمایشات اولیه انجام شده در سنکروترون الکترون آلمان (DESY) در هامبورگ نشان داد که این الگوریتم دستیابی به وضوح زیر 10 نانومتر و کنتراست فاز کمی را حتی با اپتیک بسیار ناقص ممکن می‌سازد.

میکروسکوپ های اشعه ایکس استاندارد ابزارهای تصویربرداری غیر مخربی هستند که قادر به تفکیک جزئیات تا سطح 10 نانومتر در سرعت های فوق العاده هستند. سه تکنیک اصلی وجود دارد. اولین میکروسکوپ اشعه ایکس انتقالی (TXM) است که در دهه 1970 توسعه یافت و از صفحات منطقه فرنل (FZPs) به عنوان عدسی های عینی برای تصویربرداری مستقیم و بزرگنمایی ساختار نمونه استفاده می کند. دومی تصویربرداری پراش منسجم است که برای کنار گذاشتن مشکلات مرتبط با لنزهای ناقص FZP با جایگزینی شکل‌گیری تصویر مبتنی بر لنز با الگوریتم بازیابی فاز تکراری ایجاد شده است. تکنیک سوم، میکروسکوپ پرتو ایکس با میدان کامل، مبتنی بر هولوگرافی درون خطی است و دارای وضوح بالا و میدان دید قابل تنظیم است که آن را برای تصویربرداری از نمونه‌های بیولوژیکی با کنتراست ضعیف بسیار خوب می‌کند.

ترکیب سه تکنیک

در کار جدید، محققان به رهبری یاکوب سولتاو، مارکوس اوسترهوف و تیم سالدیت از جانب موسسه گوتینگن برای فیزیک اشعه ایکس نشان داد که با ترکیب جنبه های هر سه تکنیک، می توان به کیفیت و وضوح تصویر بسیار بالاتری دست یافت. برای انجام این کار، آنها از یک صفحه منطقه چندلایه (MZP) به عنوان یک عدسی شیئی برای دستیابی به وضوح تصویر بالا، همراه با یک طرح بازیابی فاز تکرار شونده کمی برای بازسازی نحوه انتقال پرتوهای ایکس از طریق نمونه استفاده کردند.

لنز MZP از لایه‌هایی با ساختار ریز ساخته شده است که چند لایه اتمی ضخامت دارند که از حلقه‌های متحدالمرکز روی یک نانوسیم رسوب کرده‌اند. محققان آن را در یک فاصله قابل تنظیم بین نمونه در حال تصویربرداری و یک دوربین اشعه ایکس در پرتو پرتو ایکس بسیار روشن و متمرکز در DESY قرار دادند. سیگنال‌هایی که به دوربین برخورد می‌کردند اطلاعاتی در مورد ساختار نمونه ارائه می‌کردند - حتی اگر تابش اشعه ایکس کم یا اصلاً جذب نشود. Soltau و همکارانش توضیح می دهند: «همه چیزی که باقی مانده بود یافتن یک الگوریتم مناسب برای رمزگشایی اطلاعات و بازسازی آن به یک تصویر واضح بود. برای اینکه این راه حل کار کند، اندازه گیری دقیق خود لنز، که به دور از ایده آل بودن بود، و کاملاً از این فرض که می تواند ایده آل باشد، بسیار مهم بود.

Soltau ادامه می‌دهد: «تنها از طریق ترکیب لنزها و بازسازی عددی تصویر بود که می‌توانیم به کیفیت تصویر بالا دست یابیم. برای این منظور، ما از به اصطلاح تابع انتقال MZP استفاده کردیم، که به ما امکان می‌دهد تا از اپتیک‌های کاملاً تراز، بدون انحراف و اعوجاج، در میان سایر محدودیت‌ها، حذف کنیم.

محققان نام تکنیک خود را «تصویربرداری مبتنی بر گزارشگر» گذاشته‌اند، زیرا برخلاف روش‌های مرسوم که از لنز شیئی برای به دست آوردن تصویر واضح‌تر از نمونه استفاده می‌کنند، آنها از MZP برای «گزارش» میدان نوری پشت نمونه استفاده می‌کنند. تلاش برای به دست آوردن یک تصویر واضح در صفحه آشکارساز.

جزئیات کامل این تحقیق در Physical Review Letters به.