Mjuk röntgenmikroskopi

Ett röntgenmikroskop använder elektromagnetisk strålning i det mjuka röntgenbandet för att producera bilder av mycket små föremål.

Till skillnad från synligt ljus reflekteras eller bryts inte röntgenstrålar lätt, och de är osynliga för det mänskliga ögat. Därför är den grundläggande processen för ett röntgenmikroskop att exponera film eller använda en laddningskopplad enhet (CCD) detektor för att upptäcka röntgenstrålar som passerar genom provet. Det är en kontrastbildteknik som använder skillnaden i absorption av mjuk röntgenstrålning i vattenfönsterområdet ( våglängdsområde: 2,34–4,4 nm, fotonenergiområde: 280 – 530 eV) av kolatomen (huvudelementet som utgör den levande cellen). ) och syreatomen (huvudämnet för vatten).

Utveckling

Tidiga röntgenmikroskop av Paul Kirkpatrick och Albert Baez använde reflekterande optik för betesinkomst för att fokusera röntgenstrålar, som betar röntgenstrålar från paraboliska böjda speglar i en mycket hög infallsvinkel . En alternativ metod för att fokusera röntgenstrålar är att använda en liten fresnelzonplatta av koncentriska guld- eller nickelringar på ett kiseldioxidsubstrat . Sir Lawrence Bragg producerade några av de första användbara röntgenbilderna med sin apparat i slutet av 1940-talet.

Indirekt drivande lasertröghetsinneslutningsfusion använder ett "hohlraum" som bestrålas med laserstrålkoner från vardera sidan på dess inre yta för att bada en fusionsmikrokapsel inuti med jämna högintensiva röntgenstrålar. Röntgenstrålning med högsta energi som penetrerar hohlraumen kan visualiseras med hjälp av ett röntgenmikroskop som här, där röntgenstrålningen är representerad i orange/rött.

På 1950-talet producerade Newberry ett skuggröntgenmikroskop som placerade provet mellan källan och en målplatta, detta blev grunden för de första kommersiella röntgenmikroskopen från General Electric Company .

Anmärkningsvärda mjuka röntgenmikroskop

Advanced Light Source (ALS) i Berkeley, Kalifornien, är hem för XM-1 ( http://www.cxro.lbl.gov/BL612/ ), ett mjukt röntgenmikroskop i full fält som drivs av Center for X- ray Optics och dedikerad till olika tillämpningar inom modern nanovetenskap, såsom nanomagnetiska material, miljö- och materialvetenskap och biologi. XM-1 använder en röntgenlins för att fokusera röntgenstrålar på en CCD, på ett sätt som liknar ett optiskt mikroskop. XM-1 hade världsrekordet i rumslig upplösning med Fresnel-zonplattor ner till 15 nm och kan kombinera hög rumslig upplösning med en tidsupplösning under 100ps för att studera t.ex. ultrasnabb spindynamik. I juli 2012 hävdade en grupp vid DESY en rekordstor upplösning på 10 nm, genom att använda hårdröntgenmikroskopet vid PETRA III.

ALS är också hem för världens första mjuka röntgenmikroskop designat för biologisk och biomedicinsk forskning. Detta nya instrument, XM-2, designades och byggdes av forskare från National Center for X-ray Tomography. XM-2 kan producera 3-dimensionella tomogram av celler.

Egenskaper och användningsområden

Källor för mjuka röntgenstrålar som är lämpliga för mikroskopi, såsom synkrotronstrålningskällor , har ganska låg ljusstyrka av de erforderliga våglängderna, så en alternativ metod för bildbildning är scanningstransmissionsmjuk röntgenmikroskopi. Här fokuseras röntgenstrålarna till en punkt och provet skannas mekaniskt genom den producerade brännpunkten. Vid varje punkt registreras de sända röntgenstrålarna med en detektor som en proportionell räknare eller en lavinfotodiod . Denna typ av Scanning Transmission X-ray Microscope (STXM) utvecklades först av forskare vid Stony Brook University och anställdes vid National Synchrotron Light Source vid Brookhaven National Laboratory .

Upplösningen för röntgenmikroskopi ligger mellan det optiska mikroskopet och elektronmikroskopet . Den har en fördel jämfört med konventionell elektronmikroskopi genom att den kan se biologiska prover i deras naturliga tillstånd. Elektronmikroskopi används ofta för att erhålla bilder med nanometernivåupplösning men den relativt tjocka levande cellen kan inte observeras eftersom provet måste fixeras kemiskt, dehydreras, bäddas in i harts och sedan skivas ultratunt. Det bör dock nämnas att kryo-elektronmikroskopi tillåter observation av biologiska prover i deras hydratiserade naturliga tillstånd, om än inbäddade i vattenis. Hittills är upplösningar på 30 nanometer möjliga med hjälp av Fresnel-zonplattans lins som formar bilden med hjälp av de mjuka röntgenstrålar som sänds ut från en synkrotron. Nyligen har användningen av mjuka röntgenstrålar som sänds ut från laserproducerade plasma snarare än synkrotronstrålning blivit mer populärt.

Dessutom orsakar röntgenstrålar fluorescens i de flesta material, och dessa utsläpp kan analyseras för att bestämma de kemiska elementen i ett avbildat objekt. En annan användning är att generera diffraktionsmönster , en process som används i röntgenkristallografi . Genom att analysera de interna reflektionerna av ett diffraktionsmönster (vanligtvis med ett datorprogram), kan den tredimensionella strukturen av en kristall bestämmas ner till placeringen av enskilda atomer i dess molekyler. Ibland används röntgenmikroskop för dessa analyser eftersom proverna är för små för att kunna analyseras på annat sätt.

En fyrkantig berylliumfolie monterad i en stållåda för att användas som ett fönster mellan en vakuumkammare och ett röntgenmikroskop. Beryllium är, på grund av sitt låga Z-tal, mycket genomskinligt för röntgenstrålar.

Se även

  1. ^ "Desy Photon Science" .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Soft_X-ray_microscopy&oldid=1092906298 "