Физики испытали метод тонкой рентгеновской томографии

Отдельные детали около 100 нанометров в поперечнике можно рассмотреть с новым методом рентгеновской съёмки объектов. Учёные из Германии и Швейцарии полагают, что их изобретение поможет раздобыть много ценной информации для биологии, медицины и материаловедения.

На этой трёхмерной рентгеновской фотографии видны тонкие детали объекта. Масштабная линейка – 5 микрометров. Пояснения в тексте (фото Martin Dierolf et al./Nature).

Авторы метода использовали в качестве мощного источника рентгеновских лучей синхротрон Swiss Light Source. Если традиционно получение изображения полагается на степень ослабления потока (классический пример — пропускающие рентген мягкие ткани и задерживающие его кости), то новаторы смотрели на слабые различия в преломлении "X-лучей". Такой приём называется техникой фазового контраста. В теории он способен выявить тонкие детали, анализировать сдвиг фаз — очень сложно.

Теперь специалисты из технического университета Мюнхена (TUM), института Пуаля Шеррера (Paul Scherrer Institut) и федерального технологического института в Цюрихе (ETH Z?rich) нашли способ радикально улучшить данную технику.

Они отказались от использования любых корректирующих линз, пропустив рентгеновский импульс через маленькое отверстие. Сам образец поворачивался и смещался на фоне этого потока. В результате было получены сотни отдельных кадров. Далее мощная программа выстроила на их основе трёхмерное изображение.

Схема эксперимента. X – рентгеновский поток, P – "булавочное" отверстие, S – образец, D – детектор, фиксирующий двухмерный дифракционный рисунок. На врезке – исследованный кусочек кости под оком электронного микроскопа. Масштабная линейка – 10 микрометров (иллюстрации Martin Dierolf et al./Nature).

Образом послужил фрагмент кости бедра мыши. Размер этого объекта составлял сотые доли миллиметра. Тем не менее, съёмка показала многочисленные детали внутри — остеоцитарные лакуны (на снимке под заголовком, а также на кадрах ниже — L) и тонкие каналы (C), диаметром 100 нм. (Детали — в статье в Nature).

Слева направо вверху: суммарное пропускание рентгеновского потока образцом и смещение фаз лучей в зависимости от вида коррекции при расчётах.
Внизу: продольный и поперечный срез кости. Оттенки серого отражают вариацию в электронной плотности материала. B – костная матрица, G – покрытие. Масштабные линейки – 5 микрометров (иллюстрации Martin Dierolf et al./Nature).

Новая техника чувствует вариации в плотности материала менее чем в 1%, — сообщают учёные. Теперь, к примеру, можно по крошечному образцу выявить первые изменения в костной ткани во время заболевания, или рассмотреть на микроскопическом уровне особенности формирования сплава двух металлов.