Кіріспе
Рентгендік микроскоп өте кішкентай заттарды суретке түсіру үшін жұмсақ рентгендік диапазондағы электромагниттік сәулеленуді қолданады. Көзге көрінетін жарықтан айырмашылығы - рентген сәулелері оңай көтерілмейді және бұзылады. Сондықтан рентгендік микроскоптың негізгі процесі - үлгіні өткізетін рентген сәулелерін анықтау үшін пленканы ашу немесе зарядталған құрылғы (CCD) детекторын пайдалану. Бұл су терезесі аймағында (толқын ұзындығы аймағы: 2.34 4.4 нм, фотондар энергиясы аймағы: 280 530 эВ) көміртек атомы (тірі клетканы құрайтын негізгі элемент) мен оттегі атомының (су үшін негізгі элемент) жұмсақ рентген сәулелерін сіңіруінің айырмашылығын пайдаланатын контрастты бейнелеу технологиясы.
Даму
Пауль Киркпатрик пен Альберт Баездің алғашқы рентгендік микроскоптары рентген сәулелерін шоғырландыру үшін пассивті инсиденттік рефлективті оптиканы қолданды, бұл рентген сәулелерін өте жоғары инсиденттік бұрышта параболалық қисық айналардан шашыратып алды. Рентген сәулелерін бағыттаудың баламалы әдісі - кремний диоксиді субстратына концентрикалық алтын немесе никель сақиналардан тұратын шағын фреснель аймақ пластинасын қолдану. 1940-жылдардың аяғында сэр Лоуренс Брэгг өзінің аппаратымен алғашқы рентгендік суреттерді түсірді. 1950 жылдары Ньюберри көлеңкелі рентгендік микроскопты шығарды, ол үлгілерді көз мен нысананың арасында орналастырды, бұл General Electric компаниясының алғашқы коммерциялық рентгендік микроскоптарының негізі болды.
Белгілі бір жұмсақ рентгендік микроскоптар
Калифорнияның Беркли қаласындағы Advanced Light Source (ALS) XM 1 (http://www. ХХХ. Бiрдей. gov/BL612/), Х-сәулелік оптика орталығымен жұмыс істейтін және наномагниттік материалдар, қоршаған орта және материалдар ғылымдары және биология сияқты қазіргі заманғы наноғылымдағы әртүрлі қосымшаларға арналған толық өрістегі жұмсақ рентгендік микроскоп. XM 1 рентгендік сәулелерді CCD-ге оптикалық микроскопқа ұқсас бағыттау үшін рентгендік линзаны қолданады. XM 1 15 нм-ге дейін Френель аймағы пластиналарымен кеңістіктік ажыратылуы бойынша әлемдік рекордты ұстады және мысалы, ультра жылдам айналу динамикасын зерттеу үшін 100 секундтан төмен уақыт ажыратылуымен жоғары кеңістіктік ажыратылуын біріктіре алады. 2012 жылдың шілдесінде DESY тобы PETRA III-дегі қатты рентгендік сканерлеу микроскобын пайдалана отырып, 10 нм кеңістіктік ажыратылымын рекордтық деп жариялады. Сонымен қатар, АЛС-де биологиялық және биомедициналық зерттеулер үшін жасалған әлемдегі алғашқы жұмсақ рентгендік микроскоп орналасқан. Бұл жаңа аспапты XM 2 Ұлттық рентген томографиялық орталығы ғалымдары жобалап, жасап шығарды. XM 2 клеткалардың 3 өлшемді томограммасын шығарады.
Үстел үстіндегі жұмсақ рентген томографиясы
Синхротрондық негіздегі жұмсақ рентгендік томографиядан айырмашылығы, SiriusXT-тің әзірлеген зертханалық негіздегі жұмсақ рентгендік томография зертханалық жағдайда зерттеушілер үшін компактті және оңай интеграцияланатын шешім ұсынады. Бұл жүйелер әдетте лазерлік рентген сәуле көздерін пайдаланады, ал көздің жарықтығы нысананың түріне және лазердің қуатына байланысты. SXT 100 үстел үстіндегі жұмсақ рентгендік микроскоптар осы саладағы коммерциялық нұсқалардың бірі ғана. Бұл микроскоптар криогендік түрде шыныланған, сондай-ақ бөлме температурасындағы үлгілерден жұмсақ рентгендік томограммаларды алуға мүмкіндік береді, мысалы, стандартты электронды микроскопия (TEM) торлары немесе шыны капиллярлар сияқты жалпақ үлгі ұстаушыларды пайдаланады. SXT 100 жүйесі әр түрлі үлгі форматтарын қабылдай отырып, өзінің көпжақтылығымен ерекшеленеді. Мысалы, зерттеушілер TEM торларында томограммаларды ала алады, бұл ±60 градус аралығында 1 градус қадаммен жиналған 1 сағаттан 2 сағатқа дейінгі уақыт аралығында жиналған тіреу сериясын алуға мүмкіндік береді. Шыны капилярияда суреттелген үлгілер үшін толық көлбеу томографиясы сәл ұзағырақ уақыт алады. Биологиялық үлгілердегі резолюцияларды Фурье сақиналарының корреляцияларымен (1/2 сигнал мен шу арақатынасы) анықтаған кезде, екі сағаттық томограммалар үшін 55 нм-ге жетуге болады, бұл Siemens жұлдыз сызықтары мен 25 нм-ге дейінгі кеңістіктерді шешу мүмкіндігімен. Бұл үстел үстіндегі жұмсақ рентгендік микроскоптар үлкен көлемдегі мекемелерден тыс жоғары дайындайтын жұмсақ рентгендік томографияның қолжетімділігін арттырады. Олардың қазіргі кездегі коррелятивті жарық және электронды микроскопия жұмыс ағынына кірігуі ажыратушылық алшақтықты жояды және бейнелеуді айтарлықтай жақсартады.
this domain. These microscopes enable the acquisition of soft X ray tomograms from cryogenically vitrified as well as room temperature samples, employing flat specimen holders such as standard transmission electron microscopy (TEM) grids or glass capillaries. The SXT 100 system stands out for its versatility, accommodating a variety of specimen formats. For instance, researchers can acquire tomograms on TEM grids, allowing for ±60 degrees range tilt series collected in 1 degree steps within a time frame ranging from under one hour to two hours. In the case of specimens imaged in glass capillaries, the full tilt tomography may take slightly longer. Resolutions in biological specimens, determined by Fourier Ring Correlations (1/2 Signal to Noise ratio), can achieve 55 nm for two hour tomograms, with the ability to resolve Siemens star lines and spaces as small as 25 nm. These table top soft X ray microscopes enhance the accessibility of high resolution soft X ray tomography beyond large scale facilities. Their integration into currently established correlative light and electron microscopy workflows bridges the resolution gap and significantly improves imaging throughput.
Қасиеттері мен қолданылуы
Микроскопияға жарамды жұмсақ рентген сәулелерінің көздері, мысалы синхротрон сәулелену көздері, қажетті толқын ұзындығының өте төмен жарқырауы бар, сондықтан сурет қалыптастырудың баламалы әдісі - сканерлік беріліс жұмсақ рентген микроскопиясы. Мұнда рентген сәулелері бір нүктеге бағытталады және үлгіні механикалық түрде алынған нүкте арқылы сканерлейді. Әр нүктеде жіберілген рентген сәулелері пропорционалды есептегіш немесе лавиналық фотодиод сияқты детектормен тіркеледі. Скандық-трансмиссиялық рентгендік микроскоптың (STXM) бұл түрін алғаш рет Стони Брук университетінің зерттеушілері әзірледі және Брукхейвен ұлттық зертханасындағы Ұлттық синхротрондық жарық көзінде қолданылды. Рентгендік микроскопияның ажыратылуы оптикалық микроскоп пен электронды микроскоптың аралығында болады. Оның дәстүрлі электронды микроскопияға қарағанда артықшылығы - биологиялық үлгілерді табиғи күйінде көруге мүмкіндік береді. Электрондық микроскопия нанометрлік деңгейдегі ажыратылуы бар суреттерді алу үшін кеңінен қолданылады, бірақ салыстырмалы түрде қалың тірі жасушаны байқауға болмайды, өйткені үлгі химиялық тұрғыдан бекітілуі, сусыздалуы, шайырға енуі, содан кейін өте жұқа кесіндіге бөлінуі керек. Алайда, криоэлектрондық микроскопияның көмегімен биологиялық үлгілерді сулы табиғи күйінде, тіпті су мұзына кіріп кеткен жағдайда да, бақылауға болады. Осы уақытқа дейін синхротроннан шығатын жұмсақ рентген сәулелерін пайдалана отырып, суретті қалыптастыратын Френель аймағы пластинасының линзасын пайдалана отырып, 30 нанометрлік шешімдер мүмкін. Соңғы уақытта синхротрондық сәулеленудің орнына лазерлік плазмадан шығатын жұмсақ рентген сәулелерін қолдану кеңінен таралуда. Сонымен қатар, рентген сәулелері көптеген материалдарда флуоресценция тудырады, ал бұл сәулелерді суреттелген объектінің химиялық элементтерін анықтау үшін талдауға болады. Тағы бір пайдалану рентген кристаллографиясында қолданылатын дифракциялық үлгілерді жасау болып табылады. Дифракциялық үлгілердің ішкі шағылыстарын талдау арқылы (әдетте компьютерлік бағдарламамен), кристаллдың үш өлшемді құрылымын оның молекулаларындағы жеке атомдардың орналасуына дейін анықтауға болады. Бұл талдаулар үшін рентгендік микроскоптар қолданылады, өйткені үлгілер өте кішкентай, оларды басқа жолмен талдау мүмкін емес.