X선 렌즈의 결함을 보완하는 새로운 알고리즘은 X선 현미경의 이미지를 이전보다 훨씬 더 선명하고 품질이 향상시킬 수 있다고 독일 괴팅겐 대학교 연구원이 밝혔습니다. 함부르크에 있는 독일 전자 싱크로트론(DESY)에서 수행된 예비 테스트에서는 이 알고리즘을 사용하면 매우 불완전한 광학 장치에서도 10nm 미만의 분해능과 정량적 위상 대비를 달성할 수 있음이 나타났습니다.
표준 X선 현미경은 초고속 속도로 10nm 수준까지 세부 사항을 분해할 수 있는 비파괴 이미징 도구입니다. 세 가지 주요 기술이 있습니다. 첫 번째는 투과 X선 현미경(TXM)으로, 1970년대에 개발되었으며 프레넬 존 플레이트(FZP)를 대물 렌즈로 사용하여 샘플의 구조를 직접 이미지화하고 확대합니다. 두 번째는 일관성 있는 회절 이미징으로, 렌즈 기반 이미지 형성을 반복 위상 검색 알고리즘으로 대체하여 불완전한 FZP 렌즈와 관련된 문제를 회피하기 위해 개발되었습니다. 세 번째 기술인 전체 시야 X선 현미경은 인라인 홀로그래피를 기반으로 하며 높은 해상도와 조정 가능한 시야를 모두 갖추고 있어 대비가 약한 생물학적 샘플을 이미징하는 데 매우 적합합니다.
세 가지 기술을 결합
새로운 연구에서 야콥 솔타우(Jakob Soltau), 마르쿠스 오스터호프(Markus Osterhoff), 팀 살디트(Tim Salditt) 에 괴팅겐 X선 물리학 연구소 세 가지 기술을 모두 결합하면 훨씬 더 높은 이미지 품질과 선명도를 달성할 수 있음을 보여주었습니다. 이를 위해 그들은 X선이 샘플을 통과하는 방식을 재구성하기 위해 정량적 반복 위상 검색 방식과 결합하여 높은 이미지 해상도를 달성하기 위해 대물 렌즈로 다층 구역 플레이트(MZP)를 사용했습니다.
MZP 렌즈는 나노와이어의 동심원 고리에서 증착된 몇 개의 원자층 두께로 미세하게 구조화된 층으로 구성됩니다. 연구원들은 DESY의 매우 밝고 집중된 X선 빔에서 이미지화되는 샘플과 X선 카메라 사이의 조정 가능한 거리에 이를 배치했습니다. 카메라에 도달한 신호는 샘플이 X선 방사선을 거의 또는 전혀 흡수하지 않더라도 샘플의 구조에 대한 정보를 제공했습니다. Soltau와 동료들은 “남은 것은 정보를 해독하고 이를 선명한 이미지로 재구성하는 데 적합한 알고리즘을 찾는 것뿐이었습니다.”라고 설명합니다. "이 솔루션이 작동하려면 완벽함과는 거리가 먼 렌즈 자체를 정확하게 측정하고 이상적일 수 있다는 가정을 완전히 없애는 것이 중요했습니다."
엑스레이 현미경이 선명해진다
“우리가 높은 이미지 품질을 달성할 수 있었던 것은 렌즈와 수치적 이미지 재구성의 조합을 통해서만 가능했습니다.”라고 Soltau는 덧붙였습니다. "이를 위해 우리는 소위 MZP 전달 함수를 사용했습니다. 이를 통해 다른 제약 중에서도 완벽하게 정렬되고 수차 및 왜곡이 없는 광학 장치를 없앨 수 있습니다."
연구원들은 샘플의 더 선명한 이미지를 얻기 위해 대물 렌즈를 사용하는 기존 접근 방식과 달리 MZP를 사용하여 샘플 뒤의 광 필드를 "보고"하기 때문에 "리포터 기반 이미징" 기술을 "리포터 기반 이미징"이라고 불렀습니다. 검출기 평면에서 선명한 이미지를 얻으려고 합니다.
연구의 전체 세부 사항은 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).
