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História e avanços da microscopia do raio X

Os raios X foram descobertos por Wilhelm Conrad Röntgen em 1895. Rontgen observou a luz verde fraca vir do platinocyanide do bário quando analisava raio catódico do `' (ou elétrons).

Crédito: Andre Nandal/Shutterstock.com

J Krz, um dos pioneiros no campo da microscopia da raia de X, descreveu a história do microscópio da raia de X como uma “história dos espiões, dos heróis, dos bandidos, das falsas partidas, e de uma escova com fama real”.

História do microscópio da raia de X

Os raios X não reflectem ou para refratar facilmente e as raias que passam através de um objeto podem ser capturadas usando um dispositivo carga-acoplado ou um detector do CCD. Alguns anos após a descoberta dos raios X, as imagens do sistema circulatório foram capturadas aumentando o contraste na radiografia. A absorção de raias de X é dependente da densidade do material; assim, a imagem lactente de tecidos macios exige um agente adicional do contraste visualizar as estruturas com maior claridade. Isto foi feito pela adição de óxido de chumbo.

Em 1913, o filamento do tungstênio em uma câmara de ar de vácuo foi usado como um cátodo ou uma fonte de raias de X. Esta câmara de ar igualmente veio ser sabida como a câmara de ar de Coolidge do `' nomeada após o cientista que a inventou.  Após a segunda guerra mundial, diversos grupos trabalharam na microscopia da raia de X. Paul Kirkpatrick e Albert Baez na Universidade de Stanford (EUA) usaram espelhos curvados parabólicos para focalizar os raios X.

Subseqüentemente, a placa de zona de Fresnel do ouro concêntrico ou os anéis do níquel foram usados igualmente para concentrar sobre as raias de X à amostra. Kirkpatrick, Cosslett, e Engstrom dirigiram a abertura de caminhos de grupos no campo do microcopy da raia de X. Interessante, décadas depois, Cosslett foi encontrado para ser envolvido em actividades clandestinas com o soviete durante a guerra.

Um dos pontos de viragem principais no campo do microcopy da raia de X era o uso da radiação de synchrotron como uma fonte do raio X. O primeiro microscópio synchrotron-baseado do raio X foi construído por Horowitz e por Howell em 1972. Independentemente do brilho alto, a radiação de synchrotron é igualmente ajustável e coerente.

Os comprimentos de onda no pedido de 7 nanômetro a 0,7 nanômetros são usados na microscopia da raia de X que é igualmente seu limite físico de definição. Tem uma profundidade de penetração alta de 100 nanômetro e uma definição temporal de 10psec.

Avanços na microscopia do raio X

Definição aumentada

A imagem lactente da raia X pode ser executada usando raias de X macias e duras. As raias de X duras têm o comprimento de onda uns de 0,2 nanômetros mais curto, quando as raias de x macias tiverem o comprimento de onda mais por muito tempo do que aquele. As raias de X duras têm a maior energia do andgreater da potência penetrante mas podem induzir mais dano na amostra durante a imagem lactente.

Recentemente, os cientistas no laboratório nacional de Lawrence Berkeley usaram as raias de X macias, que têm comprimentos de onda variar de 1 a 10 nanômetro, para conseguir nunca o mais de alta resolução na microscopia da raia de X. Usaram o ptychography, uma técnica de imagem lactente diffractive coerente, onde o feixe da raia de X dispersado por um objeto produz um teste padrão de difracção. Estes dados são gravados então por um CCD do raio X (dispositivo carga-acoplado) e uma imagem alta da definição espacial é reconstruída. Uma definição de 3 nanômetro foi gravada neste estudo.

Focalização melhorada

Diversos avanços foram feitos na tecnologia de focalização do feixe de raio X. O espelho de Kirkpatrick-Baez, ou o espelho do KB para breve, são usados para focalizar feixes dos raios X. O espelho do KB reflecte as raias de X fora de uma superfície curvada e é revestido com um metal pesado.

Diversas alterações aos espelhos do KB fizeram o sistema óptico extremamente preciso onde nanofocusing dos raios X é possível. A pesquisa a mais atrasada relatou um ponto focalizado do feixe da raia de X de 5 nanômetro.

Reduzindo aberrações cromáticas

Independentemente dos espelhos do KB, o uso de placas de zona de Fresnel (FZP) focalizar as raias de X é igualmente muito predominante. Contudo, as placas de zona de Fresnel (FZP) têm aberrações cromáticas fortes. A aberração cromática ou a dispersão cromática ocorrem quando uma lente é incapaz de focalizar as cores de um feixe ao mesmo ponto convergente.

Isto conduz ao ` a cor que franjam' ou o roxo do ` que franja'. Assim, na maioria do microscópio disponível do raio X há umas trocas entre a imagem espacial resolvida e a imagem acromática. Para fixar este problema, um grupo de investigação da universidade de Osaka, Japão usou recentemente um sistema óptico que consiste em dois espelhos monolíticos da imagem lactente. Usando esta instalação, poderiam claramente resolver 50 características do nanômetro sem aberração cromática.

Fontes:

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Last Updated: Aug 24, 2018

Dr. Surat P

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Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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