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量子X射线显微镜即将问世

来源: 浏览: 发布日期:2020-12-16 14:13:07

   美国能源部的布鲁克黑文国家实验室(BNL)开始建造使用量子特性改进的X射线显微镜。研究者表示,这是显微镜技术突破性的飞跃,实现使用少量的X射线,在不损伤敏感样品的基础上达到和现有一样的高精确度透视。

X射线显微镜

  量子X射线显微镜示意图。(Brookhaven National Laboratory)

  蔡司X射线显微镜能展示各种材料在微观下的粒子结构、化学成分和电子结构,近年来这种技术在帮助研究人员了解蛋白结构、更好地开发药物等领域有着不可低估的作用。

  研究者表示,然而X射线显微镜还有可以改进的地方,比如,因为大量的高能射线往往会损伤一些精细的生物样品,比如植物细胞、病毒和微生物等。而如果使用少量的射线,虽然可以保护样品,但是成像的分辨率也大幅降低。

  这项新研究的负责人之一麦克斯威尼(Sean McSweeney)说:“如果我们成功造出一个量子X射线显微镜,就能够用很少量的X射线,完成高分辨率的生物分子成像。”

  研究介绍说这主要通过一种称为关联成像的技术达到这一目的。关联成像技术现在已经用于可见光成像,但是将其应用于X射线,则是一项重要的突破。

  主要研究员弗鲁拉苏(Andrei Fluerasu)说,传统X射线成像技术都是向探测器发射单束的光子,而关联成像技术让X射线分成具有量子纠缠关系的两束光子,只让其中一束穿过样品。由于两束光子纠缠的关联性,通过数学计算,就能将两束射线的信息关联起来。虽然只有一部分射线穿过样品,但是并不会降低成像的分辨率。

  研究团队估计需要两三年的时间将这一技术与蔡司X射线显微镜整合,目标在2023年,对微米尺度的物体成像分辨率达到10纳米以下。