Com microscópios de raios-X, pesquisadores da PSI olham dentro de chips de computador, catalisadores, pequenos pedaços de osso, ou tecido cerebral. O curto comprimento de onda dos raios X torna visíveis detalhes que são um milhão de vezes menores do que um grão de areia - estruturas na faixa nanométrica (milionésimos de milímetro). Como em um microscópio normal, uma lente é usada para coletar a luz espalhada pela amostra e formar uma imagem ampliada na câmera. Estruturas minúsculas, Contudo, espalhe a luz em ângulos muito grandes. Para obter alta resolução na imagem, uma lente correspondentemente grande é necessária. "Continua sendo extremamente desafiador produzir lentes tão grandes, "diz o físico PSI Klaus Wakonig:" Ao trabalhar com luz visível, existem lentes que podem capturar ângulos de dispersão muito grandes. Com raios X, Contudo, isso é mais complicado por causa da fraca interação com o material da lente. Como consequência, normalmente, apenas ângulos muito pequenos podem ser capturados, ou as lentes são bastante ineficientes. "

O novo método desenvolvido por Wakonig e seus colegas contorna esse problema. "A imagem final é como se tivéssemos medido com uma lente grande, "explica o pesquisador. A equipe PSI usa uma lente pequena, mas eficiente, como é comumente aplicado em microscopia de raios-X, e o desloca sobre uma área que uma lente ideal cobriria. Isso cria virtualmente uma lente grande. "Na prática, vamos a diferentes pontos com a lente e tiramos uma foto em cada lugar, "Wakonig explica." Então, usamos algoritmos de computador para combinar todas as imagens para gerar uma imagem de alta resolução. "

Da luz visível aos raios-X

Normalmente, pesquisadores evitam mover lentes em instrumentos para longe do eixo óptico, pois isso pode causar distorções na imagem. Contudo, uma vez que os cientistas, neste caso, sabem a posição exata da lente e iluminam muitos pontos próximos, eles podem reconstruir como a luz foi espalhada e a aparência da amostra. O método, conhecido como pticografia de Fourier, tem sido usado para microscopia na região do visível desde 2013. Em seus experimentos no PSI, os pesquisadores foram capazes de aplicar este princípio à microscopia de raios-X pela primeira vez. "Para o melhor de nosso conhecimento, nenhuma implementação bem-sucedida da fotociografia de Fourier de raios-X foi relatada até agora, "os pesquisadores escrevem em Avanços da Ciência .

O novo método oferece não apenas uma resolução mais alta, mas também dois tipos complementares de informação de imagem. Em primeiro lugar, existe a medição de quanta luz é absorvida pelo objeto a ser fotografado, assim como com qualquer câmera normal. Além disso, a maneira pela qual a luz é refratada também é registrada. Os especialistas falam de contraste de absorção e contraste de fase. "Nosso método fornece o contraste de fase, que de outra forma é difícil de obter, praticamente de graça, "diz Ana Diaz, Cientista da linha de luz da PSI:"Isso torna a qualidade das imagens muito melhor." O contraste de fase ainda torna possível tirar conclusões sobre as propriedades do material da amostra que está sendo examinada, o que geralmente não é possível com técnicas de imagem normais.

Particularmente interessante para amostras biológicas

Em seus experimentos, a amostra que os pesquisadores examinaram era um chip detector. No futuro, o novo método pode ser usado para revelar, por exemplo, como um catalisador funciona quando um gás é adicionado, ou quando e como o metal se quebra sob pressão.

Mas também tecidos e agregados celulares podem ser melhor investigados com este método. Os pesquisadores esperam que isso traga novos insights sobre o desenvolvimento de doenças como Alzheimer ou hepatite. Diaz explica as vantagens do novo método:"As amostras biológicas normalmente não têm um bom contraste de absorção. Aqui, o contraste de fase permite uma qualidade de imagem significativamente melhor." Além disso, os pesquisadores suspeitam que a pticografia de Fourier é mais suave do que os métodos anteriores. "Uma comparação com a microscopia de raios-X normal indica que o novo método requer uma dose menor de radiação, porque é mais eficiente ", Wakonig diz. "Isso pode ser particularmente interessante para estudos de amostras biológicas."

Os pesquisadores montaram seu equipamento de demonstração na linha de luz cSAXS da Swiss Light Source SLS. "Atualmente, os experimentos ainda são bastante complexos e requerem muito tempo, "Diaz diz. Para o novo método funcionar, os raios-X empregados precisam estar em uma espécie de uníssono:como dizem os pesquisadores, eles devem ser coerentes. Atualmente, esses experimentos requerem instalações de pesquisa em grande escala, como o SLS. Mas Wakonig também está investigando se o método poderia ser realizado com menos coerência. Se a técnica pudesse ser usada para examinar amostras em fontes usuais de raios-X de laboratório, muitas áreas de aplicação adicionais seriam abertas.