La capacidad de diagnosticar y predecir las propiedades de los materiales es vital, particularmente en el campo en expansión de la nanotecnología. La microscopía electrónica y de sonda atómica puede clasificar los átomos en láminas delgadas de material, y en áreas pequeñas de muestras más gruesas, pero ha resultado mucho más difícil mapear los componentes de nanoestructuras dentro de grandes, objetos gruesos. Los rayos X, la herramienta de imágenes más común para materiales biológicos duros como los huesos, tienen un tamaño de punto focal limitado, por lo que no pueden enfocarse en objetos a nanoescala.

Ahora, Yukio Takahashi y colegas de la Universidad de Osaka, junto con investigadores de la Universidad de Nagoya y el centro RIKEN SPring-8 en Hyogo, han logrado por primera vez producir imágenes bidimensionales de nanoestructuras encerradas en materiales gruesos a gran escala. Su trabajo fue posible porque diseñaron un nuevo sistema de microscopía de difracción de rayos X que no requiere lentes.

“Los principales desafíos en este trabajo fueron realizar microscopía de difracción de rayos X con una alta resolución y un gran campo de visión, luego, extiéndalo a imágenes específicas del elemento, ”Explica Takahashi. “Lo logramos mediante el establecimiento de una técnica de escaneo de imágenes por difracción de rayos X llamada pticografía de rayos X”.

La pticografía implica tomar imágenes de un objeto que se superponen entre sí en una serie de puntos de celosía coincidentes. Los investigadores combinaron esta técnica con rayos X, e incluyó un sistema para compensar la deriva de la óptica durante la obtención de imágenes. Takahashi y sus colegas enfocaron los rayos X usando los llamados "espejos Kirkpatrick-Baez" que les permitieron recolectar datos de difracción de alta calidad.

Su sistema monitorea los cambios en la difracción de rayos X a dos energías diferentes. El grado de diferencia de fase entre las dos energías de rayos X cambia significativamente en el borde de absorción del elemento objetivo. Esto está relacionado con el número atómico del elemento, lo que significa que se pueden identificar los elementos presentes en el material. Para verificar que su sistema funciona, los investigadores depositaron nanopartículas de oro / plata de alrededor de 200 nanómetros de tamaño en una membrana de nitruro de silicio, y produjo imágenes de alta resolución y gran escala de las partículas. Las resoluciones fueron mejores que 10 nanómetros (Fig. 1).

“Una de las aplicaciones prácticas [de esta técnica] en el futuro es la posible observación de células, ”Explica Takahashi. “La forma de una célula completa y la distribución espacial de [sus] orgánulos podrían visualizarse en tres dimensiones con una resolución de 10 nanómetros, para proporcionar información clave sobre la organización dentro de las células. Esperamos que esta técnica se utilice en la ciencia biológica y de los materiales en el futuro ".