Con microscopios de rayos X, los investigadores de PSI miran dentro de los chips de computadora, catalizadores, pequeños trozos de hueso, o tejido cerebral. La longitud de onda corta de los rayos X hace visibles detalles que son un millón de veces más pequeños que un grano de arena:estructuras en el rango nanométrico (millonésimas de milímetro). Como en un microscopio normal, se utiliza una lente para recoger la luz dispersada por la muestra y forma una imagen ampliada en la cámara. Pequeñas estructuras sin embargo, dispersar la luz en ángulos muy grandes. Para obtener alta resolución en la imagen, se necesita una lente correspondientemente grande. "Sigue siendo extremadamente difícil producir lentes tan grandes, "dice el físico de la ISP Klaus Wakonig:" Cuando se trabaja con luz visible, hay lentes que pueden capturar ángulos de dispersión muy grandes. Con radiografías, sin embargo, esto es más complicado debido a la débil interacción con el material de la lente. Como consecuencia, por lo general, solo se pueden capturar ángulos muy pequeños, o las lentes son bastante ineficaces ".

El nuevo método desarrollado por Wakonig y sus colegas evita este problema. "La imagen final es como si hubiéramos medido con una lente grande, ", explica el investigador. El equipo de PSI utiliza una lente pequeña pero eficiente, tal como se aplica comúnmente en microscopía de rayos X, y lo desplaza sobre un área que cubriría una lente ideal. Esto crea virtualmente una lente grande. "En la práctica, vamos a diferentes puntos con la lente y hacemos una foto en cada lugar, "Explica Wakonig." Luego usamos algoritmos de computadora para combinar todas las imágenes para generar una imagen de alta resolución ".

De la luz visible a los rayos X

Normalmente, los investigadores evitan mover lentes en instrumentos lejos del eje óptico, ya que esto puede causar distorsiones en la imagen. Sin embargo, dado que los científicos en este caso conocen la posición exacta de la lente e iluminan muchos puntos cercanos, pueden reconstruir cómo se dispersó la luz y cómo se veía la muestra. El método, conocido como pticografía de Fourier, se ha utilizado para microscopía en la región visible desde 2013. En sus experimentos en PSI, los investigadores pudieron aplicar este principio a la microscopía de rayos X por primera vez. "Hasta donde sabemos, no se ha informado hasta ahora de una implementación exitosa de la picografía de Fourier de rayos X, "escriben los investigadores en Avances de la ciencia .

El nuevo método ofrece no solo una resolución más alta, sino también dos tipos complementarios de información de imágenes. Primeramente, existe la medida de cuánta luz es absorbida por el objeto que se va a fotografiar, al igual que con cualquier cámara normal. Sin embargo, además, también se registra la forma en que se refracta la luz. Los expertos hablan de contraste de absorción y contraste de fase. "Nuestro método proporciona el contraste de fase, que de otra manera es difícil de obtener, prácticamente gratis, "dice Ana Díaz, Científico de líneas de luz en PSI:"Esto hace que la calidad de las imágenes sea mucho mejor". El contraste de fase incluso permite sacar conclusiones sobre las propiedades del material de la muestra que se examina, lo que generalmente no es posible con las técnicas de imagen normales.

Particularmente interesante para muestras biológicas

En sus experimentos, la muestra que examinaron los investigadores era un chip detector. En el futuro, el nuevo método podría usarse para revelar, por ejemplo, cómo funciona un catalizador cuando se agrega un gas, o cuándo y cómo se rompe el metal bajo presión.

Pero también los tejidos y los agregados celulares podrían investigarse mejor con este método. Los investigadores esperan que esto proporcione nuevos conocimientos sobre el desarrollo de enfermedades como el Alzheimer o la hepatitis. Díaz explica las ventajas del nuevo método:"Las muestras biológicas normalmente no tienen un buen contraste de absorción. Aquí el contraste de fase permite una calidad de imagen significativamente mejorada". Además, los investigadores sospechan que la picografía de Fourier es más suave que los métodos anteriores. "Una comparación con la microscopía de rayos X normal indica que el nuevo método requiere una dosis menor de radiación, porque es más eficiente ", Dice Wakonig. "Esto podría ser particularmente interesante para estudios de muestras biológicas".

Los investigadores instalaron su equipo de demostración en la línea de luz cSAXS del Swiss Light Source SLS. "En el presente, los experimentos siguen siendo bastante complejos y requieren mucho tiempo, "Dice Díaz. Para que funcione el nuevo método, los rayos X empleados deben estar en una especie de unísono:como dicen los investigadores, deben ser coherentes. Estos experimentos requieren actualmente instalaciones de investigación a gran escala como SLS. Pero Wakonig también está investigando si el método podría realizarse con menos coherencia. Si la técnica pudiera utilizarse para examinar muestras en fuentes habituales de rayos X de laboratorio, se abrirían muchas áreas de aplicación adicionales.