Os microscópios tornam o invisível visível. E em comparação com microscópios de luz convencionais, microscópios de transmissão de raios-X (TXM) podem ver em amostras com resolução muito maior, revelando detalhes extraordinários. Pesquisadores em uma ampla gama de campos científicos usam TXM para ver a composição estrutural e química de suas amostras - tudo, desde células biológicas a materiais de armazenamento de energia.

Agora, cientistas do National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - um Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science User Facility no Brookhaven National Laboratory do DOE - desenvolveram um TXM que pode obter imagens de amostras 10 vezes mais rápido do que antes. A pesquisa deles é publicada em Cartas de Física Aplicada .

"Melhoramos significativamente a velocidade dos experimentos de microscopia de raios-X, "disse Wah-Keat Lee, cientista-chefe da linha de luz Full Field X-ray Imaging (FXI) do NSLS-II, onde o microscópio foi construído. Na FXI, Lee e seus colegas reduziram o tempo que leva para um TXM para obter amostras de imagens em 3-D de mais de 10 minutos para apenas um minuto, enquanto ainda produz imagens com resolução 3D excepcional - abaixo de 50 nanômetros, ou 50 bilionésimos de um metro. "Esta descoberta permitirá que os cientistas visualizem suas amostras muito mais rápido no FXI do que em instrumentos semelhantes em todo o mundo, "Lee disse.

Além de reduzir o tempo necessário para concluir um experimento, um TXM mais rápido pode coletar dados mais valiosos de amostras.

"O Santo Graal de quase todas as técnicas de imagem é ser capaz de ver uma amostra em 3-D e em tempo real, "Disse Lee." A velocidade desses experimentos é relevante porque queremos observar as mudanças que acontecem rapidamente. Existem muitas mudanças estruturais e químicas que acontecem em diferentes escalas de tempo, portanto, um instrumento mais rápido pode ver muito mais. Por exemplo, temos a capacidade de rastrear como a corrosão acontece em um material, ou o desempenho de várias partes de uma bateria. "

Para oferecer esses recursos na FXI, a equipe precisava construir um TXM usando os mais recentes desenvolvimentos em nanoposicionamento ultrarrápido (um método de mover uma amostra enquanto limita as vibrações), detecção (um método para rastrear o movimento da amostra), e controle. O novo microscópio foi desenvolvido internamente no Brookhaven Lab por meio de um esforço colaborativo entre os engenheiros, equipe de linha de luz, e equipes de pesquisa e desenvolvimento no NSLS-II.

Os pesquisadores disseram que o desenvolvimento de recursos super rápidos na FXI também dependia fortemente do design avançado do NSLS-II.

"Nossa capacidade de tornar o FXI mais de 10 vezes mais rápido do que qualquer outro instrumento no mundo também se deve à poderosa fonte de raios-X do NSLS-II, "Lee disse." No NSLS-II, temos dispositivos chamados wigglers de amortecimento, que são usados ​​para obter feixes de elétrons muito pequenos para a instalação. Felizmente para nós, esses dispositivos também produzem um grande número de raios-x. A quantidade desses poderosos raios-x está diretamente relacionada à velocidade de nossos experimentos. "

Usando os novos recursos da FXI, os pesquisadores imaginaram o crescimento de dendritos de prata em uma lasca de cobre. Em um único minuto, a linha de luz capturou 1.060 imagens 2-D da amostra e as reconstruiu para formar um instantâneo 3-D da reação. Repetindo isso, os pesquisadores foram capazes de formar um minuto a minuto, Animação 3D da reação química.

"Escolhemos criar uma imagem dessa reação porque ela demonstra o poder da FXI, "disse Mingyuan Ge, autor principal da pesquisa e cientista do NSLS-II. "A reação é bem conhecida, mas nunca foi visualizado em 3-D com um tempo de aquisição tão rápido. Além disso, nossa resolução espacial é 30 a 50 vezes mais precisa do que a microscopia óptica usada no passado. "

Com a conclusão desta pesquisa, FXI iniciou suas operações gerais de usuário, dando as boas-vindas a pesquisadores de todo o mundo para usar os recursos avançados da linha de luz.