Almanya'nın Göttingen Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, X-ışını merceklerindeki eksiklikleri telafi eden yeni bir algoritmanın, X-ışını mikroskoplarından alınan görüntülerin her zamankinden daha keskin ve daha kaliteli hale getirilebileceğini söylüyor. Hamburg'daki Alman Elektron Sinkrotronunda (DESY) gerçekleştirilen ön testler, algoritmanın, son derece kusurlu optiklerle bile 10 nm'nin altında çözünürlük ve niceliksel faz kontrastı elde etmeyi mümkün kıldığını gösterdi.
Standart X-ışını mikroskopları, ultra yüksek hızlarda 10 nm seviyesine kadar ayrıntıları çözebilen, tahribatsız görüntüleme araçlarıdır. Üç ana teknik vardır. Bunlardan ilki, 1970'lerde geliştirilen ve bir numunenin yapısını doğrudan görüntülemek ve büyütmek için Fresnel bölge plakalarını (FZP'ler) objektif lensler olarak kullanan transmisyon X-ışını mikroskobudur (TXM). İkincisi, lens tabanlı görüntü oluşumunu yinelemeli bir faz alma algoritmasıyla değiştirerek kusurlu FZP lenslerle ilişkili sorunları ortadan kaldırmak için geliştirilen tutarlı kırınımlı görüntülemedir. Üçüncü teknik olan tam alanlı X-ışını mikroskobu, hat içi holografiye dayanır ve hem yüksek çözünürlüğe hem de ayarlanabilir görüş alanına sahiptir, bu da onu zayıf kontrastlı biyolojik örneklerin görüntülenmesi için çok iyi kılar.
Üç tekniğin birleştirilmesi
Yeni çalışmada, liderliğindeki araştırmacılar Jakob Soltau, Markus Osterhoff ve Tim Salditt itibaren Göttingen X-ışını Fiziği Enstitüsü her üç tekniğin özelliklerini birleştirerek çok daha yüksek görüntü kalitesi ve keskinlik elde etmenin mümkün olduğunu gösterdi. Bunu yapmak için, yüksek görüntü çözünürlüğü elde etmek amacıyla objektif lens olarak çok katmanlı bir bölge plakası (MZP) kullandılar ve X ışınlarının numune boyunca nasıl iletildiğini yeniden yapılandırmak için niceliksel bir yinelemeli faz alma şemasıyla birleştiler.
MZP merceği, bir nanotel üzerinde eşmerkezli halkalardan biriktirilen birkaç atomik katman kalınlığında ince yapılı katmanlardan oluşur. Araştırmacılar bunu, DESY'deki son derece parlak ve odaklanmış X-ışını ışınındaki, görüntülenen örnek ile bir X-ışını kamerası arasına ayarlanabilir bir mesafeye yerleştirdiler. Kameraya çarpan sinyaller, çok az X-ışını radyasyonu absorbe etse veya hiç absorbe etmese bile, numunenin yapısı hakkında bilgi sağladı. Soltau ve meslektaşları şöyle açıklıyor: "Geriye kalan tek şey, bilginin kodunu çözecek ve onu keskin bir görüntü halinde yeniden yapılandıracak uygun bir algoritma bulmaktı." "Bu çözümün işe yaraması için, mükemmel olmaktan çok uzak olan merceğin kendisini tam olarak ölçmek ve ideal olabileceği varsayımından tamamen vazgeçmek çok önemliydi."
X-ışını mikroskobu keskinleştirir
Soltau şöyle devam ediyor: "Yalnızca lenslerin ve sayısal görüntü yeniden yapılandırmasının birleşimi sayesinde yüksek görüntü kalitesine ulaşabildik." "Bu amaçla, diğer kısıtlamaların yanı sıra mükemmel şekilde hizalanmış, sapmasız ve distorsiyonsuz optikleri ortadan kaldırmamıza olanak tanıyan MZP transfer fonksiyonunu kullandık."
Araştırmacılar tekniklerini "muhabir tabanlı görüntüleme" olarak adlandırdılar çünkü numunenin daha keskin bir görüntüsünü elde etmek için objektif mercek kullanan geleneksel yaklaşımlardan farklı olarak, MZP'yi numunenin arkasındaki ışık alanını "rapor etmek" için kullanıyorlar. Dedektör düzleminde keskin bir görüntü elde etmeye çalışıyoruz.
Araştırmanın tüm detayları şurada yayınlandı: Physical Review Letters.
