Imágenes de rayos X nítidas a pesar de las lentes imperfectas
Nuevo método de microscopía de rayos X
Los rayos X permiten explorar el interior de los cuerpos humanos o mirar dentro de los objetos. La tecnología utilizada para iluminar los detalles de las estructuras microscópicas es la misma que se utiliza en situaciones familiares, como la obtención de imágenes médicas en una clínica o el control de equipajes en el aeropuerto. La microscopía de rayos X permite a los científicos estudiar la estructura tridimensional de materiales, organismos o tejidos sin cortar ni dañar la muestra. Por desgracia, el rendimiento de la microscopía de rayos X está limitado por las dificultades para fabricar la lente perfecta. Un equipo del Instituto de Física de Rayos X de la Universidad de Göttingen ha demostrado ahora que, a pesar de las limitaciones de fabricación de las lentes, se puede conseguir una calidad y nitidez de imagen mucho mayor que antes utilizando una disposición experimental especial y una reconstrucción numérica de la imagen en sentido descendente: un algoritmo compensa los déficits de las lentes. Los resultados se han publicado en la revista Physical Review Letters.
Los científicos utilizaron una lente formada por dos nanocables semiconductores. Esta lente, con un diámetro inferior a una quincuagésima parte de un milímetro, se ajustó entre el objeto a fotografiar y una cámara de rayos X en el haz de rayos X extremadamente brillante y enfocado del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY). La incorporación de mediciones precisas sobre las imperfecciones de la lente en sus algoritmos les permitió descodificar la información y construir una imagen nítida.
Markus Osterhoff
Los científicos utilizaron una lente formada por capas finamente estructuradas de unas pocas capas atómicas depositadas a partir de anillos concéntricos sobre un alambre fino. La lente, con un diámetro inferior a una cincuentava parte de un milímetro, se ajustó entre el objeto que se quería fotografiar y una cámara de rayos X en el haz de rayos X extremadamente brillante y focalizado del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY) de Hamburgo. En la cámara, los investigadores recibieron tres tipos diferentes de señales que, en conjunto, proporcionaron información completa sobre la estructura del objeto desconocido, aunque los objetos absorbieran poca o ninguna radiación de rayos X. Sólo faltaba encontrar un algoritmo adecuado para descodificar la información y reconstruirla en una imagen nítida. Para que esta solución funcionara, era crucial medir con precisión la propia lente, que distaba mucho de ser perfecta, y prescindir por completo de la suposición de que pudiera ser ideal. En su primera aplicación, los investigadores investigaron los nanocables semiconductores, que resultan especialmente interesantes como nuevos materiales para la energía fotovoltaica, por ejemplo.
"Sólo mediante la combinación de lentes y la reconstrucción numérica de la imagen pudimos conseguir una alta calidad de imagen", explica el primer autor, el Dr. Jakob Soltau. "Así compensamos el hecho de que es imposible producir lentes de rayos X con la estructura fina y la calidad necesarias", añade el Dr. Markus Osterhoff. "Debido a estas dificultades, muchos investigadores ya habían renunciado a utilizar la microscopía de rayos X con lentes y, en su lugar, habían intentado sustituir las lentes por completo con algoritmos. Sin embargo, al utilizar tanto las lentes como los algoritmos, nuestro enfoque combina ahora lo mejor de ambos mundos", concluye el profesor Tim Salditt. Una ventaja particular del nuevo método es que no es necesario escanear el objeto, lo que significa que también se pueden "filmar" procesos microscópicos muy rápidos en los materiales en movimiento. Está previsto que el siguiente paso sea realizar experimentos de este tipo en el DESY y en el XFEL europeo de rayos X de Hamburgo.
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