日本理学推出X射线显微镜新品nano3DX

2018年8月5日至9日,2018美国电镜年会(M&M, Microscopy and Microanalysis)在美国马里兰州的巴尔的摩市召开。作为全球最重要的显微设备展览之一,本次展会吸引观众约2000多名,参展商达120余家。

  作为世界知名X射线分析仪器制造商,日本理学(Rigaku)在M&M 2018上推出其X射线显微镜新品——nano3DX。

Rigaku nano3DX

  Rigaku nano3DX是一款真正的X射线显微镜(XRM),能够以高分辨率提供相对较大样品的3D计算机断层扫描(CT)图像。 这是通过使用高功率旋转阳极X射线源和高分辨率CCD探测器来实现的。 旋转阳极提供快速数据采集和轻松切换阳极材料的能力,以优化特定样品类型的对比度。

 

  什么是X射线显微镜?

  层析成像是通过将对象切成薄片来研究对象的三维结构。 显微断层图意味着切片非常薄; 足够薄,可以通过光学显微镜观察。 经典断层扫描是一个繁琐且耗时的过程,并且还可能导致样本的显着扰动。 在X射线断层摄影中,整个样本以多个旋转角度成像。 这些大量图像由复杂的计算机算法处理,以提供可在任何方向切片的三维重建,从而为对象的内部特征提供新的见解。 X射线显微镜以高于微米(μm)的分辨率提供这种可视化。

  nano3DX特征

  ◆ 超宽视场,体积比同类系统大25倍

  ◆ 3个X射线波长(Cr,Cu和Mo Ka),以优化不同样品基质的成像

  ◆ 平行光束几何结构,用于高对比度和快速数据采集

  ◆ 自动5轴(XYZ和旋转)平台和轴上成像系统

  ◆ 高分辨率三维(3D)图像

  ◆ 高功率旋转阳极X射线源

  ◆ 低Z材料的高对比度

  ◆ 高分辨率CCD成像仪

  ◆ 高分辨率,高对比度X射线显微镜

  新的nano3DX可以让您看到许多类型的样品,包括那些具有低吸收对比度的样品,例如CFRP,或更密集的材料,如陶瓷复合材料。 nano3DX允许您通过改变X射线波长来增强对比度或穿透力来实现这一目标。

  产品原理

  在nano3DX中,使用真正的显微镜元件在检测器中进行放大。该设计将样品放置在高分辨率探测器附近,允许近平行光束实验。这意味着更高的仪器稳定性和更短的数据采集时间,可提供同类X射线显微镜的最高分辨率。

  nano3DX设计是对使用小光源和长样本到检测器距离的旧实现的巨大改进。这种几何放大率需要非常小的光源和极端的稳定性以防止拖尾。数据采集时间可能很长,因为小功率也很低。

  上图显示了nano3DX中可用的三种主要阳极材料:铬,铜和钼,以及它们对实验的影响。随着X射线辐射能量的增加,渗透率增加,但低原子量材料的对比度下降。对于骨和硅酸盐,Mo是优选的,但对于含碳材料,优选Cu或Cr。这种灵活性对于快速获得高质量,高对比度的图像至关重要。

  应用案例

  鼠标腓骨高分辨率

  nano3DX非常适合以亚微米分辨率分析骨样本。 nano3DX的一个重要特性是能够以高分辨率观察大样本。在下面的示例中,使用nano3DX分析整个小鼠腓骨,这是第一次进行全骨分析。

平行光束几何结构和nano3DX获得快速高对比度图像的能力允许从近端到远端收集骨的完整断层图像。对于每个切片,骨骼中的结构清晰可见,包括近端较软的软骨。每个插入物中的比例尺长50微米,骨本身长约12毫米。清楚地描绘了骨髓,微血管和骨细胞空隙。

  制药

    上图显示了来自胶囊的单个药物颗粒的分析。 第一幅图像是重建的单个切片。 第二幅图像是0.54μm粒子的内部断层照片

  超宽视野

  上图显示了碳纤维增强聚合物(CFRP)的实例。 纤维直径为7μm。 图像为1.8mm×1.8mm×1.4mm,体素尺寸为0.54μm。 体积由3300 x 3300 x 2500体素表示。 在相同的时间范围内,此体积比此分辨率下来自其他系统的单次扫描的可测量体积大25倍。

  高分辨率

  二维(2D)分辨能力直接显示在上面的图像中,其中每个像素的测试图案的透射图像为0.27μm,其中0.6μm的线被分辨。



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