克服现有X射线显微镜分辨率限制的新核心技术
发布时间：2023-04-14 08:00:00 阅读数： 99
韩国科学技术院（KAIST）院长Kwang Hyung Lee于4月12日宣布，由物理系的YongKeun Park教授和浦项加速器实验室的Jun Lim博士领导的合作研究小组已经成功开发了一项核心技术，有可能击败目前可用的X射线显微镜的分辨率限制。
图1. 设计的扩散器作为X射线成像镜头。 a, 全场透射X射线显微镜的示意图。样品的衰减（振幅）图被测量。图像分辨率(dx)受区板最外层宽度(D)的限制。 b, 拟议方法的示意图。使用设计的扩散器来代替区板。图像分辨率比扩散器的孔尺寸更细（dx<D）。图片来源：韩国科学与技术高级研究所。
这项由KyeoReh Lee博士作为第一作者参与的研究，于2023年4月6日在《光： 科学与应用》，这是一份世界知名的光学和光子学学术期刊。
折射透镜在X-射线纳米显微镜中是不存在的。在X射线显微镜中，已经利用了一个被称为同心区板的圆形光栅，而不是透镜。组成该板的纳米结构的质量有助于确定使用该区板获得的图像的分辨率。在制造和保留这样的纳米结构方面有许多困难，这为X射线显微镜的分辨率水平确定了界限。
研究小组开发了一种新的X射线纳米显微镜技术来解决这个问题。研究小组提出了一种X射线透镜，其形式是在薄钨膜上打了几个孔，通过衍射入射X射线产生随机衍射图案。
该研究小组以数学的方式确定，矛盾的是，样品的高分辨率信息完全包含在这种随机衍射图案中，并且确实能够对样品的内部状态进行成像。
2016年，KyeoReh Lee博士和YongKeun Park教授首次提出了利用随机衍射的数学特性的成像方法，并在可见光波段实现。这项研究利用了早期研究的成果，解决了X射线成像领域的挑战性问题。
构建样本的图像分辨率与随机透镜上蚀刻的图案的大小没有直接关系。在此基础上，研究小组通过使用直径为300纳米的圆形图案的随机透镜，成功获得了14纳米分辨率的图像（约为冠状病毒的1/7）。
新开发的成像技术是一项重要的基础技术，可以提高X射线纳米显微镜的分辨率。这一直被区块板的生产限制所阻挡。
在这项研究中，分辨率被限制在14纳米，但如果使用下一代X射线光源和高性能X射线探测器，分辨率将超过传统的X射线纳米成像，并接近电子显微镜的分辨率。
研究第一作者和共同通讯作者、韩国科学技术院物理系的KyeoReh Lee博士
Lee补充说："与电子显微镜不同，X射线可以在不损害样品的情况下观察内部结构，因此它将能够为非侵入性的纳米结构观察过程提出一个新的标准，如半导体的质量检查。"
共同通讯作者、浦项加速器实验室的Jun Lim博士表示："在同样的背景下，所开发的图像技术有望大大提高第四代多用途辐射加速器的性能，该加速器将在忠清北道的奥昌市建立。"
这项研究是在韩国国家研究基金会的研究领袖计划和世宗科学奖学金的协助下进行的。
参考资料
Lee, K., et al. (2023) Direct high-resolution X-ray imaging exploiting pseudorandomness. Light: Science & Applications. https://doi.org/10.1038/s41377-023-01124-3.
