X ışını mikroskobu

Bir x ışını mikroskobu yumuşak X ışını şeritlerinde elektromanyetik radyasyonu kullanarak objelerin büyütülmüş görüntülerini üretir. X ışınları birçok objenin içinden geçebildiğinden onları gözlemlemek için özellikle hazırlamak gerekmez.

Görünür ışığın aksine, X ışınları kolaylıkla yansımaz veya kırılmaz ve insan gözüyle görülemezler. Bu yüzden X ışını mikroskobunun temel işlevi ortaya çıkarmak veya çift şarjlı alet dedektör (CCD) kullanarak numuneden geçen X ışınlarını tespit etmektir. Bu yumuşak X ışınlarının bir su pencersi bölgesinde (dalga boyları: 2.34-4.4 nm , enerjiler 280-530 eV) Karbon ( canlı hücreyi oluşturan ana element) ve Oksijen ( su için ana element) atomları tarafından soğurulmasındaki farkı kullanan bir kontrast görüntüleme teknolojisidir.

Paul Kirkpatrick ve Albert Baez tarafından yapılan eski X ışını mikroskopları X ışınlarını odaklamak için parabolik aynadan çok yüksek bir geliş açısıyla gelen X ışınlarını toplayan sıyrık gelen yansıma optiğini kullanmıştır . X ışınlarını odaklamanın alternatif bir yolu silisyum dioksit yüzey üzerinde ortak merkezli altın veya nikel yüzükler olan minik bir Fresnel bölge levhası kullanmaktır. Sir Lawrance Bragg 1940ların sonlarında cihazı ile ilk kullanılabilir X ışını görüntülerini üretmiştir.

1950’lerde Sterling Newberry numuneyi kaynak ve hedef levha arasına yerleştirerek bir gölge X ışını mikroskobu üretmiştir. Bu General Electric Şirketinden ilk ticari X ışını mikroskopları için temel oldu.

California Berkeley’deki İleri Işık Kaynağı ( ALS); nanomanyetik materyaller , çevresel ve maddesel bilimler ve biyoloji gibi modern nanobilim bünyesindeki çeşitli uygulamalara adanmış tamamıyla X ışını Optik Merkezi tarafından kullanılan yumuşak X ışını mikroskopları XM-1 lerin evidir. XM-1, optik mikroskopa benzer bir tavırla X ışınlarını bir CCD üzerine odaklamak için X ışını merceklerini kullanır. XM-1 Fresnel bölge levhalarıyla 15 nm ye kadar uzaysal çözünürlük dünya rekorunu elinde bulundurur ve ultra hızlı dönüş dinamikleri üzerinde çalışmak üzere yüksek uzaysal çözünürlük ile 100 ps altında zaman çözünürlüğünü kombine eder. Temmuz 2012’de, DESY adında bir grup PETRA III ‘ de sert X ışını tarama mikroskobu kullanarak 10 nm lik uzaysal çözünürlük rekorunu kırdı.

ALS ayrıca biyolojik ve biyomedikal araştırmalar için dizayn edilen dünyanın ilk yumuşak X ışını mikroskobuna da ev sahipliği yapar. Bu yeni alet XM-2, X ışını tomografisi Doğal Merkezi bilim adamları tarafından dizayn ve inşa edilmiştir. XM-2 hücrelerin 3 boyutlu tomogramlarını üretmeye kadirdir.

Yumuşak X ışını kaynakları mikroskopi için uygundur (senkrotron radyasyon kaynakları gibi), gereken dalgaboyları için oldukça az parlaklığa sahiptir yani yumuşak X ışını mikroskopisi iletim taraması görüntü oluştumak için diğer bir alternatiftir. Burada X ışınları bir noktaya odaklanmıştır ve örnek üretilen odak alanı içinden mekanik olarak taranır. Her noktada iletilen X ışınları orantılı sayaç veya çığ fotodiyotu gibi bir dedektörle kaydedilir. Bu tarz Tarama İletim X ışını Mikroskobu (STXM) ilk olarak Stony Brook Üniversitesindeki araştırmacılar tarafından geliştirilmiştir ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarındaki Ulusal Sinkrotron Işık Kaynağı ‘nda kullanılmıştır.

X ışını mikroskobunun çözünürlüğü optik mikroskop ve elektron mikroskobu arasında değişir.Geleneksel elektron mikroskobuna göre bir avantajı vardır o da örnekleri normal durumlarında görüntüleyebilmesidir. Elektron mikroskobu genel olarak nanometreyle Angstrom altı seviye çözünürlükte görüntüler elde etmek için kullanılır fakat örneği kimyasal olarak sabitlemek, kurutmak, reçineye oturtmak ve ultra ince şekilde dilimlemek gerektiğinden göreceli olarak kalın olan canlı hücreler gözlemlenemez. Neyse ki, cryo-elektron mikroskobisi biyolojik numunelerin suyu çekilmemiş doğal halinde buza yerleştirilmiş halde gözlemlenmesine izin verir. Şimdiye kadar, görüntüyü yumuşak bir senkrotondan yayılan yumuşak X ışınları kullanarak oluşturan Fresel bölge levha mercekleri kullanılarak 30 nanometre çözünürlükleri mümkün kılınmıştır. Son zamanlarda, senkroton yerine lazer plazmaları tarafından yayılan yumuşak X ışınlarının kullanımı daha popüler olmuştur.

İlaveten, X ışınları maddelerin ekserisinde floresansa sebep olur ve bu emisyonlar görüntülenen objenin kimyasal elementlerini belirlemek için analiz edilebilir. Kırınım modellerini üretmek için başka bir kullanım iseX ışını kristallografisinde kullanılan bir işlemdir. Bir kırınım modelinin iç yansımalarını analiz ederek (genelde bir bilgisayar programıyla)kristalin 3 boyutlu yapısı moleküllerin içindeki her bir atomun yerleşimine kadar belirlenebilir. X ışını mikroskopları bazen bu analizler için kullanılır çünkü örnekler diğer bir yolla incelenmek için çok küçüktür.