Sebuah algoritma baru yang mengkompensasi kekurangan pada lensa sinar-X dapat membuat gambar dari mikroskop sinar-X jauh lebih tajam dan kualitasnya lebih tinggi dibandingkan sebelumnya, kata para peneliti di Universitas Göttingen, Jerman. Tes pendahuluan yang dilakukan di German Electron Synchrotron (DESY) di Hamburg menunjukkan bahwa algoritma ini memungkinkan untuk mencapai resolusi sub-10-nm dan kontras fase kuantitatif bahkan dengan optik yang sangat tidak sempurna.
Mikroskop sinar-X standar adalah alat pencitraan non-destruktif yang mampu menyelesaikan detail hingga tingkat 10 nm dengan kecepatan sangat cepat. Ada tiga teknik utama. Yang pertama adalah mikroskop sinar-X transmisi (TXM), yang dikembangkan pada tahun 1970-an dan menggunakan pelat zona Fresnel (FZP) sebagai lensa objektif untuk secara langsung menggambarkan dan memperbesar struktur sampel. Yang kedua adalah pencitraan difraksi koheren, yang dikembangkan untuk menghindari masalah yang terkait dengan lensa FZP yang tidak sempurna dengan mengganti pembentukan gambar berbasis lensa dengan algoritma pengambilan fase berulang. Teknik ketiga, mikroskop sinar-X bidang penuh, didasarkan pada holografi inline dan memiliki resolusi tinggi dan bidang pandang yang dapat disesuaikan, sehingga sangat baik untuk pencitraan sampel biologis dengan kontras lemah.
Menggabungkan tiga teknik
Dalam karya baru, peneliti dipimpin oleh Jakob Soltau, Markus Osterhoff dan Tim Salditt dari Institut Fisika Sinar-X Göttingen menunjukkan bahwa dengan menggabungkan aspek ketiga teknik, kualitas dan ketajaman gambar dapat dicapai jauh lebih tinggi. Untuk melakukan hal ini, mereka menggunakan pelat zona multilayer (MZP) sebagai lensa objektif untuk mencapai resolusi gambar yang tinggi, ditambah dengan skema pengambilan fase berulang kuantitatif untuk merekonstruksi bagaimana sinar-X ditransmisikan melalui sampel.
Lensa MZP terbuat dari lapisan berstruktur halus setebal beberapa lapisan atom yang disimpan dari cincin konsentris pada kawat nano. Para peneliti menempatkannya pada jarak yang dapat disesuaikan antara sampel yang sedang dicitrakan dan kamera sinar-X dalam sinar X-ray yang sangat terang dan terfokus di DESY. Sinyal yang mengenai kamera memberikan informasi tentang struktur sampel – meskipun sampel tersebut menyerap sedikit atau tidak ada radiasi sinar-X. “Yang tersisa hanyalah menemukan algoritma yang cocok untuk memecahkan kode informasi dan merekonstruksinya menjadi gambar yang tajam,” jelas Soltau dan rekannya. “Agar solusi ini berhasil, penting untuk mengukur secara tepat lensa itu sendiri, yang jauh dari sempurna, dan sepenuhnya menghilangkan asumsi bahwa lensa tersebut ideal.”
Mikroskop sinar-X menajam
“Hanya melalui kombinasi lensa dan rekonstruksi gambar numerik kami dapat mencapai kualitas gambar tinggi,” lanjut Soltau. “Untuk tujuan ini, kami menggunakan apa yang disebut fungsi transfer MZP, yang memungkinkan kami menghilangkan optik yang selaras sempurna, bebas aberasi dan distorsi, serta kendala lainnya.”
Para peneliti menjuluki teknik mereka “pencitraan berbasis reporter” karena, tidak seperti pendekatan konvensional yang menggunakan lensa objektif untuk memperoleh gambar sampel yang lebih tajam, mereka menggunakan MZP untuk “melaporkan” bidang cahaya di belakang sampel, bukan mencoba mendapatkan gambar yang tajam di bidang detektor.
Detail lengkap dari penelitian ini dipublikasikan di Physical Review Letters.
