Các nhà nghiên cứu tại Đại học Göttingen, Đức cho biết một thuật toán mới bù đắp cho những thiếu sót trong thấu kính tia X có thể làm cho hình ảnh từ kính hiển vi tia X sắc nét hơn và có chất lượng cao hơn bao giờ hết. Các thử nghiệm sơ bộ được thực hiện tại German Electron Synchrotron (DESY) ở Hamburg cho thấy thuật toán có thể đạt được độ phân giải dưới 10 nm và độ tương phản pha định lượng ngay cả với hệ thống quang học không hoàn hảo cao.
Kính hiển vi tia X tiêu chuẩn là công cụ hình ảnh không phá hủy có khả năng phân giải các chi tiết xuống mức 10 nm ở tốc độ cực nhanh. Có ba kỹ thuật chính. Đầu tiên là kính hiển vi tia X truyền qua (TXM), được phát triển vào những năm 1970 và sử dụng các tấm vùng Fresnel (FZP) làm vật kính để chụp ảnh trực tiếp và phóng to cấu trúc của mẫu. Thứ hai là hình ảnh nhiễu xạ kết hợp, được phát triển để khắc phục các vấn đề liên quan đến thấu kính FZP không hoàn hảo bằng cách thay thế quá trình hình ảnh dựa trên thấu kính bằng thuật toán truy xuất pha lặp. Kỹ thuật thứ ba, kính hiển vi tia X toàn trường, dựa trên hình ba chiều nội tuyến và có cả độ phân giải cao và trường quan sát có thể điều chỉnh, làm cho nó rất tốt để chụp ảnh các mẫu sinh học có độ tương phản yếu.
Kết hợp ba kỹ thuật
Trong công trình mới, các nhà nghiên cứu do Jakob Soltau, Markus Osterhoff và Tim Salditt từ Viện Vật lý tia X của Göttingen cho thấy rằng bằng cách kết hợp các khía cạnh của cả ba kỹ thuật, có thể đạt được chất lượng hình ảnh và độ sắc nét cao hơn nhiều. Để làm điều này, họ đã sử dụng một tấm vùng đa lớp (MZP) làm vật kính để đạt được độ phân giải hình ảnh cao, kết hợp với sơ đồ truy xuất pha lặp định lượng để tái tạo lại cách tia X truyền qua mẫu.
Thấu kính MZP được làm từ các lớp có cấu trúc tinh xảo, dày một vài lớp nguyên tử lắng đọng từ các vòng đồng tâm trên một dây nano. Các nhà nghiên cứu đã đặt nó ở một khoảng cách có thể điều chỉnh giữa mẫu được chụp ảnh và máy ảnh tia X trong chùm tia X cực sáng và hội tụ tại DESY. Các tín hiệu đập vào máy ảnh cung cấp thông tin về cấu trúc của mẫu – ngay cả khi nó hấp thụ ít hoặc không hấp thụ bức xạ tia X. Soltau và các đồng nghiệp giải thích: “Tất cả những gì còn lại là tìm một thuật toán phù hợp để giải mã thông tin và tái cấu trúc nó thành một hình ảnh sắc nét. “Để giải pháp này hoạt động, điều quan trọng là phải đo chính xác thấu kính vốn không hoàn hảo và hoàn toàn loại bỏ giả định rằng nó có thể là lý tưởng.”
Kính hiển vi tia X làm sắc nét hơn
Soltau tiếp tục: “Chỉ nhờ sự kết hợp giữa thấu kính và tái tạo hình ảnh bằng số mà chúng tôi mới có thể đạt được chất lượng hình ảnh cao. “Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi đã sử dụng cái gọi là chức năng truyền MZP, cho phép chúng tôi loại bỏ hệ thống quang học được căn chỉnh hoàn hảo, không quang sai và không bị biến dạng, cùng các ràng buộc khác.”
Các nhà nghiên cứu đã đặt tên cho kỹ thuật của họ là "hình ảnh dựa trên phóng viên" bởi vì, không giống như các phương pháp thông thường sử dụng một vật kính để thu được hình ảnh sắc nét hơn của mẫu, họ sử dụng MZP để "báo cáo" trường ánh sáng phía sau mẫu, thay vì cố gắng để có được một hình ảnh sắc nét trong mặt phẳng của máy dò.
Chi tiết đầy đủ của nghiên cứu được công bố trong Physical Review Letters.
