Исследователи разрабатывают микроскоп, который может изображать десять раз быстрее

Невидимость становится видимой микроскопами. Более того, по сравнению с традиционными световыми микроскопами трансмиссионные рентгеновские микроскопы (TXM) могут просматривать образцы с значительно более высоким разрешением, демонстрируя необычные детали. TXM используется учеными в широком спектре научных областей для просмотра структурного и химического состава их образцов, начиная от биологических клеток и заканчивая материалами для хранения энергии.

Ученые NSLS-II Скотт Коберн (слева) и Ва-Кут Ли (справа) показаны на полном поле X-ray Imaging beamline, где ученые и инженеры создали рентгеновский микроскоп для передачи, который может отображать образцы в 10 раз быстрее, чем это было возможно ранее. (Image credit: Brookhaven National Laboratory)

В настоящее время исследователи из Национального синхротронного источника света II (NSLS-II) – Департамента энергетики США Министерства энергетики США (DOE) в Национальной лаборатории DOO в Брукхейвене – создали TXM, способный отображать образцы в 10 раз быстрее, чем это было возможно раньше. Исследование было опубликовано в Письмах о прикладной физике.

« Мы значительно улучшили скорость экспериментов по рентгеновской микроскопии », – заявил Вах-Койт Ли, ведущий научный сотрудник пучка луча FullShell Imaging (FXI) NSLS-II, где микроскоп был развит. В FXI Ли и члены его команды уменьшили время, затрачиваемое TXM на образцы изображений в 3D, с более чем 10 минут до 1 минуты, при этом все еще формируя изображения с превосходным разрешением 3D ниже 50 нм или 50 миллиардами до метра . « Этот прорыв позволит ученым визуализировать свои образцы намного быстрее на FXI, чем на аналогичных инструментах по всему миру », – заявил Ли. Более быстрый TXM может не только сократить время, затрачиваемое на завершение эксперимента, но также может собрать более ценные данные из образцов.

Святой Грааль почти всех методов визуализации – это возможность увидеть образец в 3D и в реальном времени. Скорость этих экспериментов актуальна, потому что мы хотим наблюдать изменения, которые происходят быстро. Есть много структурных и химических изменений, которые происходят в разных временных масштабах, поэтому более быстрый инструмент может видеть намного больше. Например, у нас есть способность отслеживать, как происходит коррозия в материале или насколько хорошо используются различные части батареи .

Wah-Keat Lee, ведущий научный сотрудник, пучок луча Full Field X-ray Imaging (FXI), NSLS-II

Чтобы обеспечить эти возможности в FXI, исследователям пришлось построить TXM, используя самые последние разработки в области зондирования (метод отслеживания движения пробы), сверхбыстрое нанопозиционирование (метод перемещения образца при ограничении вибраций) , и контроль. Благодаря совместным усилиям сотрудников пула, инженеров и исследовательских и опытно-конструкторских групп в NSLS-II новый микроскоп был разработан в лаборатории Brookhaven Lab

Согласно исследователям, разработка сверхбыстрых возможностей в FXI также сильно опиралась на сложный дизайн NSLS-II.

Наша способность делать FXI более чем в 10 раз быстрее, чем любой другой инструмент в мире, также объясняется мощным источником рентгеновского излучения в NSLS-II. В NSLS-II у нас есть устройства, называемые демпфирующими вигглерами, которые используются для достижения очень малых электронных пучков для установки. К счастью для нас, эти устройства также производят очень большое количество рентгеновских лучей. Количество этих мощных рентгеновских лучей напрямую связано со скоростью наших экспериментов .

Wah-Keat Lee, ведущий научный сотрудник, пучок луча Full Field X-ray Imaging (FXI), NSLS-II

Исследователи использовали новые возможности в FXI для изображения роста серебряных дендритов на медной ленте. Всего за 1 минуту лунная линия захватила 1060 2D-изображений образца и восстановила их для создания 3D-снимка реакции. Исследователи смогли произвести минуту-минута, 3D-анимацию химической реакции, выполняя это снова и снова.

Мы решили отобразить эту реакцию, потому что она демонстрирует силу FXI. Реакция хорошо известна, но она никогда не была визуализирована в 3D с таким быстрым временем сбора. Кроме того, наше пространственное разрешение в 30-50 раз более тонкое, чем оптическая микроскопия, использованная в прошлом .

Mingyuan Ge, исследовательский исследователь и научный сотрудник NSLS-II

Как только это исследование приближается к завершению, FXI начал свои общие пользовательские операции, пригласив исследователей со всего мира использовать расширенные возможности пула.

Source link