Un nuovo algoritmo che compensa le carenze delle lenti a raggi X potrebbe rendere le immagini dei microscopi a raggi X molto più nitide e di qualità superiore che mai, affermano i ricercatori dell'Università di Göttingen, in Germania. I test preliminari effettuati presso il German Electron Synchrotron (DESY) di Amburgo hanno dimostrato che l'algoritmo consente di ottenere una risoluzione inferiore a 10 nm e un contrasto di fase quantitativo anche con ottiche molto imperfette.
I microscopi a raggi X standard sono strumenti di imaging non distruttivi in grado di risolvere i dettagli fino al livello di 10 nm a velocità ultraveloci. Ci sono tre tecniche principali. La prima è la microscopia a raggi X in trasmissione (TXM), sviluppata negli anni '1970 e che utilizza le lastre della zona di Fresnel (FZP) come obiettivi per visualizzare direttamente e ingrandire la struttura di un campione. Il secondo è l'imaging diffrattivo coerente, che è stato sviluppato per eludere i problemi associati agli obiettivi FZP imperfetti sostituendo la formazione dell'immagine basata sull'obiettivo con un algoritmo di recupero di fase iterativo. La terza tecnica, la microscopia a raggi X a campo pieno, si basa sull'olografia in linea e ha sia un'alta risoluzione che un campo visivo regolabile, il che la rende molto adatta per l'imaging di campioni biologici con contrasto debole.
Combinazione di tre tecniche
Nel nuovo lavoro, i ricercatori guidati da Jakob Soltau, Markus Osterhoff e Tim Salditt da Istituto di Göttingen per la fisica dei raggi X ha dimostrato che combinando aspetti di tutte e tre le tecniche, è possibile ottenere una qualità e una nitidezza dell'immagine molto più elevate. Per fare ciò, hanno utilizzato una piastra a zona multistrato (MZP) come obiettivo per ottenere un'elevata risoluzione dell'immagine, insieme a uno schema di recupero di fase iterativo quantitativo per ricostruire il modo in cui i raggi X si trasmettono attraverso il campione.
La lente MZP è costituita da strati finemente strutturati dello spessore di pochi strati atomici depositati da anelli concentrici su un nanofilo. I ricercatori lo hanno posizionato a una distanza regolabile tra il campione ripreso e una telecamera a raggi X nel raggio di raggi X estremamente luminoso e focalizzato al DESY. I segnali che hanno colpito la telecamera hanno fornito informazioni sulla struttura del campione, anche se ha assorbito poca o nessuna radiazione di raggi X. "Non restava che trovare un algoritmo adatto per decodificare le informazioni e ricostruirle in un'immagine nitida", spiegano Soltau e colleghi. "Affinché questa soluzione funzionasse, era fondamentale misurare con precisione l'obiettivo stesso, che era tutt'altro che perfetto, e rinunciare completamente al presupposto che potesse essere l'ideale".
La microscopia a raggi X si affina
"È stato solo attraverso la combinazione di obiettivi e ricostruzione numerica dell'immagine che siamo riusciti a ottenere un'elevata qualità dell'immagine", continua Soltau. "A tal fine, abbiamo utilizzato la cosiddetta funzione di trasferimento MZP, che ci consente di eliminare le ottiche perfettamente allineate, prive di aberrazioni e distorsioni, tra gli altri vincoli".
I ricercatori hanno soprannominato la loro tecnica "imaging basato su reporter" perché, a differenza degli approcci convenzionali che fanno uso di una lente obiettivo per acquisire un'immagine più nitida del campione, usano l'MZP per "riportare" il campo luminoso dietro il campione, piuttosto che cercando di ottenere un'immagine nitida nel piano del rivelatore.
I dettagli completi della ricerca sono pubblicati in Physical Review Letters.
