更加强大了!虚拟透镜改进了x射线显微镜

作者:体育博彩  来源:365体育  时间:2019-11-13 20:30  点击:

  PSI研究人员用x射线显微镜观察电脑芯片、催化剂、小块骨头或脑组织。由于x射线的短波长,在纳米范围(百万分之一毫米)内,比一粒沙粒结构小一百万倍的细节都是可见的。与普通显微镜一样,透镜用来收集样品散射的光,并在相机上形成放大的图像。然而,微小的结构会以非常大的角度散射光线。为了获得高分辨率的图像,需要一个相应的大镜头。PSI物理学家克劳斯·瓦科尼格说:制造如此大的透镜仍然具有极大的挑战性。然而对于x射线来说,由于与透镜材料的微弱相互作用,这就更加复杂了。

  博科园-科学科普:因此,通常只能捕捉很小的角度,或者镜头效率很低。Wakonig和同事开发新方法绕过了这个问题,最后的图像就像我们用一个大镜头测量过的。PSI小组使用了一种小而有效的透镜,就像x射线显微镜中常用的那样,将其移至理想透镜能够覆盖的区域。这实际上创造了一个大的镜头。实际上用镜头走到不同的地方,在每个地方拍照,然后用计算机算法把所有的图像组合起来,生成一张高分辨率的图像。

  通常情况下,研究人员避免在仪器中移动镜头远离光轴,因为这可能导致图像失真。然而,由于这种情况下的科学家知道透镜的准确位置,并照亮附近的许多点,他们可以重建光线是如何散射的,以及样本的样子。这种方法被称为傅立叶叶脉造影,自2013年以来一直用于可见光区的显微观察。在PSI的实验中,研究人员首次将这一原理应用于x射线显微镜。研究人员在《科学进展》上写道:据我们所知,迄今为止还没有成功应用x射线傅立叶叶脉造影的报道。

  新方法不仅提供了更高的分辨率,而且提供了两种互补的成像信息。首先,就像普通相机一样,需要测量被拍摄物体吸收了多少光。此外,光的折射方式也被记录下来。专家们谈到吸收对比和相位对比。PSI波束线科学家Ana Diaz说:我们的方法提供了相位对比度,这在其他情况下很难获得,实际上是免费的。这使得图像的质量更好,相位差甚至可以让我们对被检测样品的材料特性得出结论,这在常规成像技术中通常是不可能的。

  在实验中,研究人员检查的样本是一个检测器芯片。将来这种新方法可以用来揭示,例如当气体被加入催化剂时,催化剂是如何工作的,或者金属在压力下是何时以及如何断裂的。同时,该方法也可以更好地研究组织和细胞聚集物。研究人员希望这将为阿尔茨海默病或肝炎等疾病的发展提供新见解。Diaz解释了这种新方法的优点:生物样品通常没有良好的吸收对比度。在这里,相位对比度可以显著提高图像质量。此外,研究人员怀疑傅里叶叶脉描记术比以前的方法更温和。与普通x射线显微镜相比,这种新方法需要更低剂量的辐射,因为它更有效,这对生物样本的研究可能尤其有趣。

  研究人员在瑞士光源SLS的cSAXS光束线上建立了他们的演示设备。迪亚兹说:目前,这些实验仍然非常复杂,需要大量的时间。要使新方法奏效,所使用的x射线必须是一致:正如研究人员所说,它们必须是一致的,这类实验目前需要SLS等大型研究设施。但是Wakonig也在研究这种方法是否可以用较少的一致性来实现。如果这项技术可以用于在通常的实验室x射线源检查样品,那么将开辟许多其他的应用领域。

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