Con los microscopios de rayos X, los investigadores de PSI miran dentro de chips de computadora, catalizadores, pequeños pedazos de hueso o tejido cerebral. La longitud de onda corta de los rayos X hace visibles detalles que son un millón de veces más pequeños que un grano de arena.- estructuras en el rango de nanómetros millonésimas de milímetro. Al igual que en un microscopio normal, se usa una lente para reunir la luz dispersada por la muestra y formar una imagen ampliada en la cámara. Sin embargo, las estructuras diminutas dispersan la luz a un tamaño muy grande.ángulos. Para obtener una alta resolución en la imagen, se necesita una lente correspondientemente grande ". Sigue siendo extremadamente difícil producir lentes tan grandes", dice el físico de PSI Klaus Wakonig: "Cuando se trabaja con luz visible, hay lentes que pueden capturar muy grandesángulos de dispersión. Sin embargo, con los rayos X, esto es más complicado debido a la interacción débil con el material de la lente. Como consecuencia, generalmente solo se pueden capturar ángulos muy pequeños, o las lentes son bastante ineficientes ".
El nuevo método desarrollado por Wakonig y sus colegas evita este problema. "La imagen final es como si hubiéramos medido con una lente grande", explica el investigador. El equipo de PSI usa una lente pequeña pero eficiente, como se aplica comúnmenteen microscopía de rayos X, y lo desplaza sobre un área que cubriría una lente ideal. Esto prácticamente crea una lente grande. "En la práctica, vamos a diferentes puntos con la lente y tomamos una foto en cada lugar", explica Wakonig."Luego usamos algoritmos de computadora para combinar todas las imágenes para generar una imagen de alta resolución".
de luz visible a rayos X
Normalmente, los investigadores evitan mover las lentes en los instrumentos lejos del eje óptico, ya que esto puede causar distorsiones de la imagen. Sin embargo, dado que los científicos en este caso conocen la posición exacta de la lente e iluminan muchos puntos cercanos, pueden reconstruir cómo la luzse dispersó y el aspecto de la muestra. El método, conocido como ptychography de Fourier, se ha utilizado para microscopía en la región visible desde 2013. En sus experimentos en PSI, los investigadores pudieron aplicar este principio a la microscopía de rayos X paraprimera vez ". Hasta donde sabemos, hasta ahora no se ha informado de una implementación exitosa de la ptychography Fourier de rayos X", escriben los investigadores Avances científicos .
El nuevo método ofrece no solo una resolución más alta, sino también dos tipos complementarios de información de imagen. En primer lugar, está la medición de cuánta luz es absorbida por el objeto a fotografiar, como con cualquier cámara normal. Sin embargo, ademástambién se registra la forma en que se refracta la luz. Los expertos hablan de contraste de absorción y contraste de fase. "Nuestro método proporciona el contraste de fase, que de otro modo es difícil de obtener, prácticamente gratis", dice Ana Díaz, científica de la línea de luz de PSI:"Esto hace que la calidad de las imágenes sea mucho mejor". El contraste de fase incluso permite sacar conclusiones sobre las propiedades del material de la muestra que se está examinando, lo que generalmente no es posible con las técnicas de imagen normales.
Particularmente interesante para muestras biológicas
En sus experimentos, la muestra que los investigadores examinaron era un chip detector. En el futuro, el nuevo método podría usarse para revelar, por ejemplo, cómo funciona un catalizador cuando se agrega un gas, o cuándo y cómo se rompe el metal bajo presión.
Pero también los tejidos y los agregados celulares podrían investigarse mejor con este método. Los investigadores esperan que esto produzca nuevos conocimientos sobre el desarrollo de enfermedades como el Alzheimer o la hepatitis. Díaz explica las ventajas del nuevo método: "Las muestras biológicas normalmente notienen un buen contraste de absorción. Aquí el contraste de fase permite una calidad de imagen significativamente mejorada. "Además, los investigadores sospechan que la picografía de Fourier es más suave que los métodos anteriores". Una comparación con la microscopía de rayos X normal indica que el nuevo método requiere una menordosis de radiación, porque es más eficiente ", dice Wakonig." Esto podría ser particularmente interesante para estudios de muestras biológicas ".
Los investigadores instalaron su equipo de demostración en la línea de luz cSAXS del Swiss Light Source SLS. "En la actualidad, los experimentos aún son bastante complejos y requieren mucho tiempo", dice Díaz. Para que el nuevo método funcione, los empleadosLos rayos X deben estar en una especie de unísono: como lo expresaron los investigadores, deben ser coherentes. Estos experimentos requieren actualmente instalaciones de investigación a gran escala como SLS. Pero Wakonig también está investigando si el método podría realizarse con menos coherencia.Si la técnica pudiera usarse para examinar muestras en fuentes de rayos X de laboratorio habituales, se abrirían muchas áreas de aplicación adicionales.
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Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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