Göttingenin yliopiston Saksan tutkijat sanovat, että uusi algoritmi, joka kompensoi röntgenlinssien puutteita, voisi tehdä röntgenmikroskooppien kuvista paljon terävämpiä ja laadukkaampia kuin koskaan ennen. Alustavat testit, jotka tehtiin Saksan elektronisynkrotronissa (DESY) Hampurissa, osoittivat, että algoritmi mahdollistaa alle 10 nm:n resoluution ja kvantitatiivisen vaihekontrastin jopa erittäin epätäydellisillä optiikalla.
Vakioröntgenmikroskoopit ovat tuhoamattomia kuvantamistyökaluja, jotka pystyvät ratkaisemaan yksityiskohtia 10 nm:n tasolle asti ultranopeilla nopeuksilla. On kolme päätekniikkaa. Ensimmäinen on transmissioröntgenmikroskooppi (TXM), joka kehitettiin 1970-luvulla ja joka käyttää Fresnel-vyöhykelevyjä (FZP) objektiivina suoraan kuvaamaan ja suurentamaan näytteen rakennetta. Toinen on koherentti diffraktiivinen kuvantaminen, joka kehitettiin kiertämään epätäydellisiin FZP-linsseihin liittyvät ongelmat korvaamalla linssipohjainen kuvanmuodostus iteratiivisella vaiheenhakualgoritmilla. Kolmas tekniikka, täyden kentän röntgenmikroskopia, perustuu inline holografiaan ja siinä on sekä korkea resoluutio että säädettävä näkökenttä, mikä tekee siitä erittäin hyvän kuvantaessa biologisia näytteitä, joissa on heikko kontrasti.
Kolmen tekniikan yhdistäminen
Uudessa työssä tutkijat johtivat Jakob Soltau, Markus Osterhoff ja Tim Salditt alkaen Göttingenin röntgenfysiikan instituutti osoitti, että yhdistämällä kaikki kolme tekniikkaa, on mahdollista saavuttaa paljon parempi kuvanlaatu ja terävyys. Tätä varten he käyttivät monikerroksista vyöhykelevyä (MZP) objektiivina korkean kuvan resoluution saavuttamiseksi, yhdistettynä kvantitatiiviseen iteratiiviseen vaiheen hakujärjestelmään, jolla rekonstruoitiin, kuinka röntgensäteet kulkevat näytteen läpi.
MZP-linssi on valmistettu hienorakenteisista, muutaman atomikerroksen paksuisista kerroksista, jotka on kerrostettu nanolangalle samankeskisistä renkaista. Tutkijat asettivat sen säädettävälle etäisyydelle kuvattavan näytteen ja röntgenkameran välillä DESYn erittäin kirkkaassa ja fokusoidussa röntgensäteessä. Kameraan osuneet signaalit antoivat tietoa näytteen rakenteesta – vaikka se absorboi vähän tai ei ollenkaan röntgensäteilyä. "Jäljelle jäi vain löytää sopiva algoritmi tiedon purkamiseksi ja rekonstruoimiseksi teräväksi kuvaksi", Soltau ja kollegat selittävät. "Jotta tämä ratkaisu toimisi, oli ratkaisevan tärkeää mitata tarkasti itse linssi, joka oli kaukana täydellisestä, ja luopua täysin oletuksesta, että se voisi olla ihanteellinen."
Röntgenmikroskooppi terävöityy
"Ainoastaan linssien ja numeerisen kuvan rekonstruoinnin yhdistelmällä pystyimme saavuttamaan korkean kuvanlaadun", Soltau jatkaa. "Tässä tarkoituksessa käytimme niin kutsuttua MZP-siirtotoimintoa, jonka avulla voimme luopua muun muassa täydellisesti kohdistetusta, poikkeamattomasta ja vääristymättömästä optiikasta."
Tutkijat ovat kutsuneet tekniikkaansa "reportteripohjaiseksi kuvantamiseksi", koska toisin kuin perinteiset lähestymistavat, jotka käyttävät objektiivilinssiä saadakseen terävämmän kuvan näytteestä, he käyttävät MZP:tä "raportoimaan" näytteen takana olevaa valokenttää sen sijaan, että yrittää saada terävän kuvan ilmaisimen tasossa.
Täydelliset tiedot tutkimuksesta julkaistaan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.
