Yeni X-ışını mikroskobu: üç boyutlu görüntüleme yeteneğine sahip, öncekinden on kat daha hızlı!
Kılavuz
Son zamanlarda, ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamları, örnekleri önceki programlardan 10 kat daha hızlı görüntüleyebilen bir transmisyon X-ışını mikroskobu geliştirdi.
arka fon
Mikroskop genellikle bir veya birkaç mercekten oluşan optik bir alettir. Çoğunlukla çıplak gözle görülemeyen küçük nesneleri büyütmek ve onları çıplak gözle görünür kılmak için kullanılır. Bu buluş aynı zamanda insanlığın mikroskobik atom çağına girişini de işaret ediyordu.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Geleneksel optik mikroskopla karşılaştırıldığında, transmisyon X-ışını mikroskobu (TXM), numunenin içini daha yüksek çözünürlükle gözlemleyerek olağanüstü ayrıntıları ortaya çıkarır.
Kolza bitkilerinin X-ışını mikroskobik görüntüleri (Resim kaynağı: Wikipedia)
Çeşitli bilimsel alanlardaki araştırmacılar, numunelerin yapısını ve kimyasal bileşimini (biyolojik hücrelerden enerji depolama malzemelerine kadar) gözlemlemek için transmisyon X-ışını mikroskopları kullanırlar.
Yenilikçilik
Yakın zamanda, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı Enerji Bakanlığı'nın Bilim Kullanıcı Tesisleri Ofisi Ofisi, yani ABD Ulusal Senkrotron Işık Kaynağı II'deki (NSLS-II) bilim adamları, bir transmisyon X-ışını mikroskobu geliştirdi. Örnek görüntüleme hızı, önceki şemadan 10 kat daha hızlıdır. Araştırma makaleleri Applied Physics Letters dergisinde yayınlandı.
NSLS-II bilim adamları Scott Coburn (solda) ve Wah-Keat Lee (sağda) tam alan X-ışını görüntülemede (FXI) ışın hattı
(Resim kaynağı: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı)
teknoloji
Mikroskop, NSLS-II tam alan X-ışını görüntüleme (FXI) ışın hattında oluşturulmuştur. Deney kurumunun önde gelen bilim insanı Wah-Keat Lee şunları söyledi: Hemen hemen tüm görüntüleme teknolojileri örnekleri gerçek zamanlı olarak üç boyutlu olarak gözlemlemeyi umuyor. Bu deneylerin hızı birbiriyle bağlantılı çünkü hızlı değişiklikleri gözlemlemek istiyoruz. Birçok yapı ve kimya Değişiklikler farklı zaman ölçeklerinde gerçekleşir, bu nedenle enstrüman ne kadar hızlı görürse, örneğin, malzemede korozyonun nasıl meydana geldiğini veya pilin farklı parçalarının nasıl davrandığını izleyebiliriz.
FXI'de bu özellikleri sağlamak için, ekibin ultra hızlı nano konumlandırmadaki en son gelişmeleri (titreşimi sınırlarken numuneyi hareket ettiren bir teknik), algılama (numunenin hareketini izleme yöntemi) ve bir iletim oluşturmak için kontrolü kullanması gerekiyordu. X-ışını mikroskobu. Bu yeni mikroskop, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda kendi bünyesinde geliştirildi ve NSLS-II mühendislerinin, ışın hattı çalışanlarının ve Ar-Ge ekibinin ortaklaşa geliştirilmesinin bir sonucudur. Araştırmacılar, FXI'de geliştirilen ultra hızlı işlevlerin büyük ölçüde NSLS-II'nin gelişmiş tasarımına dayandığını söylüyor.
Araştırma ekibi (Resim kaynağı: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı)
Lee şunları söyledi: "NSLS-II'de bulunan güçlü X-ışını ışık kaynağı sayesinde FXI'yi dünyadaki diğer cihazlardan 10 kat daha hızlı hale getirebiliriz. NSLS-II'de, bunu yapabilen sözde ampli osilatör 'cihazımız var. Deney tesisleri çok küçük elektron ışınları elde ediyor. Ne yazık ki bizler için bu cihazlar çok büyük miktarda X-ışınları da üretiyor. Bu güçlü X-ışınlarının miktarı doğrudan deneysel hızımızla ilgili. "
Araştırmacılar, FXI'nin yeni özelliklerini kullanarak bakır levhalarda gümüş dendritlerin büyümesini görüntülediler. Işın hattı, numunenin 1.060 adet iki boyutlu görüntüsünü bir dakikada yakalayabilir ve reaksiyonun üç boyutlu bir anlık görüntüsünü oluşturmak için bunları yeniden yapılandırabilir. Bu süreci tekrarlayarak, araştırmacılar kimyasal reaksiyonların üç boyutlu animasyonlarını dakika dakika oluşturabilirler.
(Resim kaynağı: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı)
(Resim kaynağı: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı)
(Resim kaynağı: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı)
(Resim kaynağı: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı)
değer
Lee, X-ışını mikroskobu ekipmanının hızını önemli ölçüde artırdık dedi. FXI'de Lee ve meslektaşları, transmisyon X-ışını mikroskopları ile numunelerin üç boyutlu görüntülenmesi için gereken süreyi 10 dakikadan sadece 1 dakikaya düşürdüler. 50 nanometreden daha az (bir nanometre bir metrenin milyarda birine eşittir) üstün üç boyutlu çözünürlük elde edin. Lee şunları söyledi: "Bu buluş, bilim insanlarının FXI'deki örnek görüntüleri dünyadaki diğer benzer araçlardan daha hızlı görmelerini sağlayacak."
Deney için gereken süreyi azaltmanın yanı sıra, daha hızlı iletimli X-ışını mikroskopları da numuneden daha fazla veri toplayabilir.
Makalenin baş yazarı ve NSLS-II bilim adamı Mingyuan Ge şunları söyledi: "Bu reaksiyonu, FXI'nin gücünü gösterdiği için görüntülemeyi seçtik. Bu reaksiyon çok meşhurdur, ancak elde etme süresi hiç bu kadar kısa olmamıştı. Görüntüleme üç boyutlu olarak gerçekleştirilir. Ek olarak, uzaysal çözünürlüğümüz geçmişte kullanılan optik mikroskopların 30 ila 50 katıdır. "
Bu araştırmayı tamamladıktan sonra FXI, sıradan kullanıcıların çalışması için hizmetler sunmaya başladı ve dünyanın her yerinden araştırmacılar, ışın hattının gelişmiş işlevlerini kullanmaya davetlidir.
Anahtar kelime
Mikroskop, görüntüleme teknolojisi, X-ışını
Referans
[1] https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=213151
2 Mingyuan Ge, David Scott Coburn, Evgeny Nazaretski, Weihe Xu, Kazimierz Gofron, Huijuan Xu, Zhijian Yin, Wah-Keat Lee. Sert X-ışını tam alan transmisyon mikroskobu kullanılarak bir dakikalık nano tomografi Uygulamalı Fizik Mektupları, 2018; 113 (8): 083109 DOI: 10.1063 / 1.5048378
