Um novo algoritmo que compensa as deficiências nas lentes de raios X poderia tornar as imagens dos microscópios de raios X muito mais nítidas e com maior qualidade do que nunca, dizem investigadores da Universidade de Göttingen, na Alemanha. Testes preliminares realizados no German Electron Synchrotron (DESY) em Hamburgo mostraram que o algoritmo torna possível alcançar resolução abaixo de 10 nm e contraste de fase quantitativo mesmo com óptica altamente imperfeita.
Os microscópios de raios X padrão são ferramentas de imagem não destrutivas capazes de resolver detalhes até o nível de 10 nm em velocidades ultrarrápidas. Existem três técnicas principais. A primeira é a microscopia de transmissão de raios X (TXM), que foi desenvolvida na década de 1970 e que usa placas de zona de Fresnel (FZPs) como lentes objetivas para obter imagens diretas e ampliar a estrutura de uma amostra. A segunda é a imagem difrativa coerente, que foi desenvolvida para contornar os problemas associados às lentes FZP imperfeitas, substituindo a formação de imagem baseada em lentes por um algoritmo iterativo de recuperação de fase. A terceira técnica, microscopia de raios X de campo total, é baseada na holografia inline e possui alta resolução e campo de visão ajustável, tornando-a muito boa para imagens de amostras biológicas com contraste fraco.
Combinando três técnicas
No novo trabalho, pesquisadores liderados por Jakob Soltau, Markus Osterhoff e Tim Salditt da Instituto de Física de Raios X de Göttingen mostraram que combinando aspectos das três técnicas é possível obter qualidade e nitidez de imagem muito superiores. Para fazer isso, eles usaram uma placa de zona multicamadas (MZP) como lente objetiva para obter alta resolução de imagem, juntamente com um esquema quantitativo de recuperação de fase iterativa para reconstruir como os raios X são transmitidos através da amostra.
A lente MZP é feita de camadas finamente estruturadas, com algumas camadas atômicas de espessura, depositadas a partir de anéis concêntricos em um nanofio. Os pesquisadores colocaram-no a uma distância ajustável entre a amostra sendo fotografada e uma câmera de raios X no feixe de raios X extremamente brilhante e focado do DESY. Os sinais que atingiram a câmera forneceram informações sobre a estrutura da amostra – mesmo que ela absorvesse pouca ou nenhuma radiação de raios X. “Tudo o que faltou foi encontrar um algoritmo adequado para decodificar a informação e reconstruí-la em uma imagem nítida”, explicam Soltau e colegas. “Para que esta solução funcionasse, era crucial medir com precisão a própria lente, que estava longe de ser perfeita, e dispensar completamente a suposição de que poderia ser ideal.”
A microscopia de raios-X fica mais nítida
“Foi somente através da combinação de lentes e da reconstrução numérica da imagem que conseguimos alcançar a alta qualidade de imagem”, continua Soltau. “Para isso, utilizamos a chamada função de transferência MZP, que nos permite eliminar ópticas perfeitamente alinhadas, livres de aberrações e distorções, entre outras restrições.”
Os pesquisadores apelidaram sua técnica de “imagem baseada em repórter” porque, diferentemente das abordagens convencionais que fazem uso de lentes objetivas para adquirir uma imagem mais nítida da amostra, eles usam o MZP para “relatar” o campo de luz atrás da amostra, em vez de tentando obter uma imagem nítida no plano do detector.
Os detalhes completos da pesquisa estão publicados em Physical Review Letters.
