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| - An X-ray microscope uses electromagnetic radiation in the soft X-ray band to produce images of very small objects. Unlike visible light microscopes, X-rays do not reflect or refract easily, and they are invisible to the human eye. Therefore the basic process of an X-ray microscope is to expose film or use a charge-coupled device (CCD) detector to detect X-rays that pass through the specimen. It is a contrast imaging technology using the difference in absorption of soft x-ray in the water window region by the carbon atom and the oxygen atom . Early X-ray microscopes by Paul Kirkpatrick and Albert Baez used grazing-incidence reflective optics to focus the X-rays, which grazed X-rays off parabolic curved mirrors at a very high angle of incidence. An alternative method of focusing X-rays is to use a tiny fresnel zone plate of concentric gold or nickel rings on a silicon dioxide substrate. Sir Lawrence Bragg produced some of the first usable X-ray images with his apparatus in the late 1940's. In the 1950's Newberry produced a shadow X-ray microscope which placed the specimen between the source and a target plate, this became the basis for the first commercial X-ray microscopes from the General Electric Company. In the present Berkeley's XM-1 uses an X-ray lens to focus X-rays on a CCD, in a manner similar to an optical microscope. The ALS is also home to the world's first soft x-ray microscope designed for biological and biomedical research. This new instrument, XM-2 was designed and built by scientists from the National Center for X-ray Tomography . XM-2 is capable of producing 3-Dimensional tomograms of cells. Sources of soft X-rays suitable for microscopy, such as synchrotron radiation sources, have fairly low brightness of the required wavelengths, so an alternative method of image formation is scanning transmission soft X-ray microscopy. Here the X-rays are focused to a point and the sample is mechanically scanned through the produced focal spot. At each point the transmitted X-rays are recorded with a detector such as a proportional counter or an avalanche photodiode. This type of Scanning Transmission X-ray Microscope was first developed by researchers at Stony Brook University and was employed at the National Synchrotron Light Source at Brookhaven National Laboratory. The resolution of X-ray microscopy lies between that of the optical microscope and the electron microscope. It has an advantage over conventional electron microscopy in that it can view biological samples in their natural state. Electron microscopy is widely used to obtain images with nanometer level resolution but the relatively thick living cell cannot be observed as the sample has to be chemically fixed, dehydrated, embedded in resin, then sliced ultra thin. However, it should be mentioned that cryo-electron microscopy allows the observation of biological specimens in their hydrated natural state. Until now, resolutions of 30 nanometer are possible using the Fresnel zone plate lens which forms the image using the soft x-rays emitted from a synchrotron. Recently, more researchers have begun to use the soft x-rays emitted from laser-produced plasma rather than synchrotron radiation. Additionally, X-rays cause fluorescence in most materials, and these emissions can be analyzed to determine the chemical elements of an imaged object. Another use is to generate diffraction patterns, a process used in X-ray crystallography. By analyzing the internal reflections of a diffraction pattern (usually with a computer program), the three-dimensional structure of a crystal can be determined down to the placement of individual atoms within its molecules. X-ray microscopes are sometimes used for these analyses because the samples are too small to be analyzed in any other way. (en)
- Röntgenmikroskopie ist ein Mikroskopieverfahren, das statt sichtbarem Licht Röntgenstrahlung nutzt. Röntgenstrahlung bietet zunächst den Vorteil der kürzeren Wellenlänge, was potenziell höhere Auflösung ermöglicht. Darüber hinaus unterscheidet sich die Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie von der des sichtbaren Lichtes (zum Beispiel Durchdringungsvermögen, immanenter Elementkontrast, Brechzahlen), womit ergänzende Informationen über die Probe gewonnen werden können. Brauchbare Linsen für Röntgenstrahlung sind nur für Wellenlängen unter 1 nm Wellenlänge herstellbar, und für den wichtigen Spektralbereich des "Wasserfensters" zwischen 2,4 nm und 4,4 nm, in dem wässriger Proben einen guten Absorptions- und Phasenkontrast zeigen, überhaupt nicht realisierbar. Die moderne, hochauflösende Röntgenmikroskopie erreicht 20 - 30 nm Auflösung und nutzt in diesem Spektralbereich ausschließlich Fresnel-Zonenplatten, vgl. auch Röntgenoptik . Man unterscheidet zwischen abbildenden und rasternden Mikroskopen. Abbildende Mikroskope arbeiten in der Regel in Transmission. Dabei wird das untersuchte Probenstück von "vorne" gleichmäßig ausgeleuchtet und das die Probe durchdringende Licht durch eine Optik auf einen ortsauflösenden Detektor abgebildet. Bei den rasternden Mikroskopen wird das Röntgenlicht mit Hilfe von Spiegeln unter streifendem Einfall, Spiegel mit Vielschichtsystemen, Fresnel-Zonenplatten oder refraktiven Röntgenlinsen fokussiert. Die Probe wird durch den Fokus bewegt und an jeder Probenposition das gesamte von der Probe kommende Licht gemessen und als Helligkeitswert für das Bild genommen. Neben dem reflektierten Licht können auch andere von der Probe stammende Teilchen oder Strahlung zur Bildgebung genutzt werden. Dies sind beispielsweise: Streulicht Reflektiertes Licht Transmittiertes Licht Lumineszenzlicht Die gesamte Elektronenausbeute Photoelektronen Photonen-stimulierte Ionen-Desorption Um hochaufgelöste Bilder mit einem abbildenden Röntgenmikroskop in wenigen Sekunden und mit einem rasternden Röntgenmikroskop in wenigen Minuten aufnehmen zu können, wird sehr intensive Strahlung benötigt. Hierfür eignen sich als Röntgenquellen hauptsächlich die gerichtete Synchrotronstrahlung und neuerdings auch Plasmaquellen. Gegenüber Elektronenmikroskopen ist für Röntgenmikroskope von Vorteil, dass wesentlich dickere Proben - bis zu typisch 10 µm - untersuchbar sind, dass dabei die in den Proben deponierte Dosis bis zu einem Faktor von 10 000 geringer ist und dass bei den Proben keine elektrische Leitfähigkeit vorausgesetzt wird. Biologische Proben können "naturbelassen" bleiben; d.h sie müssen nicht - wie für die Untersuchung im Elektronenmikroskop nötig - mit Schwermetall gefärbt, getrocknet, in ein Stützmaterial eingebettet und nach dessen Erhärtung in typisch 100 nm dünne Schichten geschnitten werden. Entsprechend hoch sind die Erwartungen, mit der Röntgenmikroskopie artefaktfreie Abbildungen zu erhalten, was sich z.T. schon bestätigte. Mikroskopie Lichtmikroskop | Röntgenmikroskop | Elektronenmikroskop | Neutronenmikroskop | Helium-Ionen-Mikroskop | Ultraschallmikroskop | Rastersondenmikroskop Kategorie:Mikroskopie (de)
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