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1、X射線探測(cè)、成像及應(yīng)用專題3高分辨率X射線顯微成像及其進(jìn)展?陳潔柳龍華劉剛田揚(yáng)超(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室合肥230029)摘要介紹了高分辨率X射線顯微成像產(chǎn)生背景和發(fā)展過程,著重分析了基于光學(xué)元件波帶片的放大成像的基本原理,并簡(jiǎn)述了高分辨率三維成像的有關(guān)理論。同時(shí)給出國(guó)內(nèi)外高分辨率X射線顯微成像研究的最新進(jìn)展,展望了高分辨率X射線顯微成像的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞X射線顯微成像,高分辨率,波帶片HighresolutionX2raymicroscopyanditsnewdevelopments?CHENJieLIULong2HuaLIUGangTIANYang
2、2Chao(NationalSynchrotronRadiationLaboratory,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230029,China)AbstractThebackgroundandprincipleofzoneplatebasedhighresolutionX2raymicroscopyisreviewed,aswellasX2ray3Dimaging.Thelatestdevelopmentsandfutureprospectsinthisfieldarealsodiscussed.Key
3、wordsX2raymicroscopy,highresolution,zoneplate品進(jìn)行無損納米分辨成像的潛力,而且成像機(jī)制多1引言樣(如吸收、熒光、化學(xué)態(tài)、自旋、相位等),襯度來源豐富,同時(shí)曝光時(shí)間短,效率非常高,因而可觀察分1665年,英國(guó)人RobertHook設(shè)計(jì)和制造了一析多種微觀物理、化學(xué)變化和微納米結(jié)構(gòu),在生物醫(yī)臺(tái)光學(xué)顯微鏡,并第一次觀察到細(xì)胞這一生物單元,學(xué)、材料科學(xué)和工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。多年來,人從此顯微鏡登上了研究物質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的歷史舞臺(tái)。們已經(jīng)發(fā)展了多種X射線成像技術(shù)。例如,X射線顯微鏡是人類認(rèn)識(shí)微觀世界的重要橋梁,隨著科學(xué)接觸式成像技
4、術(shù)、X射線掃描成像技術(shù)、X射線光柵技術(shù)的突飛猛進(jìn),人們發(fā)明了各種顯微鏡。常規(guī)的成像技術(shù)、X射線類同軸成像技術(shù)(X射線全息光學(xué)顯微鏡受波長(zhǎng)的限制(400—700nm),分辨率術(shù))、X射線衍射增強(qiáng)技術(shù)、X射線干涉法成像技術(shù)[1—8]很難突破200nm的衍射極限。電子的德布羅意波和X射線CT技術(shù)等。然而這些成像技術(shù)的空波長(zhǎng)由加速電壓決定,可遠(yuǎn)小于1nm。近代高分辨間分辨率很低,一般取決于探測(cè)器或記錄介質(zhì)的分率透射電鏡的點(diǎn)分辨率達(dá)0.3nm,線分辨率為辨率,只達(dá)到微米或亞微米量級(jí)。0.144nm。但電子顯微鏡需要高真空環(huán)境,對(duì)生物空間分辨率是確定圖像清晰度的最重要指標(biāo)。樣
5、品的觀測(cè)還需要一系列諸如切片、脫水等處理,這自發(fā)現(xiàn)X射線100多年來,提高X射線顯微鏡的分無疑破壞了樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。而且電子在樣品辨率一直是X射線顯微學(xué)研究者追求的一個(gè)重要中的平均自由程很短,所以電子顯微鏡與近年來發(fā)目標(biāo)。但是由于缺乏性能優(yōu)良的X射線光源和高展的力場(chǎng)顯微鏡和近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡一樣,雖然分辨分辨率成像光學(xué)元件,X射線高分辨率成像的潛力率很高,但只適用于研究樣品的表面結(jié)構(gòu)。1895年,德國(guó)科學(xué)家倫琴在試驗(yàn)陰極射線管時(shí)3國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):10675113)資助項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)了X射線,從此吸引了很多人開始研究X射線2006-12-04收到初稿,2007-
6、05-09收到修改稿成像。X射線波長(zhǎng)短、穿透深度大,不僅具有對(duì)厚樣?通訊聯(lián)系人.Email:ychtian@ustc.edu.cn·588·http:PPwww.wuli.ac.cn物理X射線探測(cè)、成像及應(yīng)用專題長(zhǎng)期得不到發(fā)揮。一方面,X射線的衍射效率比較低,亮度較低的X射線管不足以產(chǎn)生足夠強(qiáng)的攜帶高分辨信息的大角衍射信號(hào);另一方面,缺乏適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件,不能夠在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)精確的X射線聚焦。近20年來,隨著高亮度的同步輻射光源、自由電子激光、等離子體X射線源的發(fā)展,加上納米加工技術(shù)的飛速進(jìn)步;人們能夠制作出高效率、高分辨率的物鏡波帶片;再加上高速度、高靈敏的X射線探
7、測(cè)器的研制成功,高分辨率的X射線顯微成像技術(shù)又重新活躍起來。目前,基于波帶片的高分辨率X射線顯微術(shù)以其獨(dú)特的魅力吸引了世界各國(guó)眾多圖1菲涅耳波帶片(r1為第一環(huán)帶半徑,rn為第n環(huán)帶半研究者的關(guān)注,它能提供其他無損檢測(cè)方法所不能徑,Δr為最外環(huán)寬度,λ為入射光波長(zhǎng),f為波帶片焦距,D為提供的樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)信息。世界上許多同步波帶片直徑)輻射裝置上都建造了高分辨率X射線成像裝[9—12]置,主要用于細(xì)胞分子生物學(xué)和材料科學(xué)方面(波帶片到成像平面的距離),f為波帶片焦距,M為的研究。放大倍率。下面我們對(duì)基于波帶片的高分辨率X射線顯透鏡空間分辨率的一種度量就是兩個(gè)彼
8、此不相微術(shù)
