极细小物体的高分辨率X射线成像制造技术

一种用于Ｘ射线成像的样品室（１０），它包括形成一样品腔（１２）的装置（１１），以及装在该装置上的可被合适的入射束（５）激发产生Ｘ射线辐射（６）的物质体（２０），该样品室如此设置，使得在使用时，至少一部分所述Ｘ射线辐射穿过所述样品腔（１２）而照射到其中的样品（７），然后穿出所述装置接受探测（３５）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及利用穿透性辐射线比如X射线对极细小物体进行高分辨率成像。本专利技术尤其适于进行X射线相衬显微成像，并可有效地应用于显微物体与显微特征的极高空间分辨率(spatial resolution)成像，所述显微物体与显微特征包括细小的生物系统，比如病毒和细胞，可能还包括生物大分子。
技术介绍
一种已知的利用X射线的显微术是投影X射线显微术(projectionX-ray microscopy)，在这种显微术中，聚焦的电子束激励并在金属箔或别的靶中生成一个点状X射线源。物体被置放在所述靶和一照相底板或其他探测板之间的发散射线束中。最近又提出了许多关于利用电子显微镜的电子束来激励用于X射线显微术的点状源的方案。Sasov在《显微学杂志》(J.Microscopy)147、169、179(1987年)提出直接将层析X射线照相设备结合到电子显微镜中去。Cazaux等人在《电子显微学杂志》(J.Microsc.Electron.)14，263(1989年)，Cazaux等人在《物理学杂志》(J.Phys.)(巴黎)IV C7，2099(1993年)，以及A.Michette等人编辑、Cheng等人的《X射线显微学 III》(Cheng et al X-rayMicroscopy III，ed.A.Michette et al(Springer Berlin，1992))第184页，提出了一种层析X射线照相附属设备的原型机，以作为使用电荷耦合器件(CCD)探测器的扫描电子显微镜的附属设备。Ferreira de Paiva等人(Rev.Sci.Instrum.67(6)，2251(1996年6月))研究并进一步改进了基于上述Cazaux及Cheng的方案的一种X射线显微层析照相(microtomography)系统的性能。上述方案是对商品化的电子显微镜的改进，能够生成分辨率大约为10μm的图像，而不需要对电子光学组件(electron optical column)进行大的变动。上述作者断定，对于他们所提出的设备，在X射线层析照相中，可获得1μm的分辨率。在这些产品中，所有的系统部件和图像密度数据(image intensity data)的判读方法均以吸收衬度机制(mechanism of absorption contrast)为基础。在A Michette同S.Pfauntsch编辑的《X射线第一个百年》(“X-raysThe First Hundred Years”)(Wiley，1996，ISBN 0.471-96502-2)第43-60页，可找到W.Nixon关于X射线显微学的一篇回顾文章。本申请人的国际专利公开说明书WO 95/05725公开了适用于利用硬性X射线进行微分相衬成像的各种方案和条件。其他的公开文献有苏联专利1402871和美国专利5319694。在本申请人待授权的国际专利公开说明书WO 96/31098(PCT/AU96/00178)中，公开了实施硬性X射线相衬成像的实际方法。这些方法最好使用微聚焦的X射线源(可以是多色的)，且在物体和射线源之间以及物体和像平面之间要有合适的距离。在该申请中，以及在Wilkins等人的《多色硬性X射线相衬成像(“Phase Contrast Imaging Using Polychromatic Hard X-rays”)》(《自然》(伦敦)384，335(1996年))，以及在本申请人待授权的国际专利申请PCT/AU97/00882中，公开了得到来自物体的X射线波场(wavefield)在输出平面(exit plane)处的相变的各种数学方法和数值方法。在这些参考文献中给出的例子主要涉及宏观物体及宏观特征，以及在空间上与样品良好隔离的整装的普通实验室型X射线源。本专利技术的目的是，至少在一优选实施例中的目的是，为显微物体及显微特征的X射线相衬成像提供便利。专利技术方案通过一种将电子显微镜作X射线成像改造的新方法，或者使用强激光源或X射线同步辐射源(synchrotron sources)生成微聚焦X射线源，本专利技术可以实现上述目的。按照本专利技术的第一方面，提供了一种用于X射线成像的样品室，它包括形成一样品腔的装置，以及装在该装置上的可被合适的入射束激发产生X射线辐射的物质体，该样品室如此设置，使得在使用时，至少一部分所述X射线辐射穿过所述样品腔而照射到其中的样品，然后穿出所述装置接受探测。在一种实施例中，所述样品室是一个完整的独立装置，其方式和尺寸适于插入与之匹配的扫描电子显微镜或显微探针的支承装置，例如样品载物台，中的合适位置，使得所述显微镜或显微探针的电子束聚焦于所述可激励物质体，从而提供用来激励所述物质生成X射线的入射束。在另一种实施例中，所述物质可被入射的聚焦电磁辐射束激励而产生X射线，所述电磁辐射束例如是激光束或者同步辐射射线束。所述样品室最好是一个层列，各层在平行于层平面方向上的尺寸在一微米左右到若干毫米例如10mm的范围内。所述样品室最好有下述特征，以适合用于相衬成像所述被激产生的X射线从中穿过的各层应当高度均一，并具有非常平的表面，以使照射样品的入射射线束保持高度的空间相干性，从而使有用的图像衬度最优化。在所述可激励物质层之后的出射表面，以及样品室中随后的各层尤其应当如此。所述可激励物质最好是一个贴附在形成所述样品室的结构上的物质层，但也可以是独立式的。该结构最好包括一个底层和/或一个隔离层，其将所述可激励物质层与所述样品隔离开，对X射线总体上透明，或者对X射线的某个或某几个能带透明。尽管对于有关的射线能带基本上透明，所述底层和/或隔离层也可以如此选择，使之强烈吸收所述能带之外的能量，以加强对生成图像有用的X射线束的色相干性(chromatic coherence)。所述样品室可以是开放的，或者可以是密封的，例如可以允许在向电子显微镜样品腔中置入样品之后将所述样品腔抽为真空。所述样品腔或样品室可以设计为闭合的，若然，则所述结构包括一个透X射线的窗口，通过该窗口，所述X射线射出所述结构，以被探测到。所述可激励物质层的厚度最好在10到1000nm的范围内，而该层与所述样品间的间隔可在1到1000μm的范围内。按照该第一方面，本专利技术提供了一种X射线显微镜或显微探针，例如一种扫描X射线显微镜或显微探针，其具有生成聚焦电子束的装置和一个样品室，所述样品室如前述各方面或若干方面所述，被固定在支承装置的适当位置，使得所述电子束聚焦于所述可激励物质体，从而提供所述入射束以激励所述物质生成X射线。最好，为了实现极高分辨率成像，所述生成聚焦电子束的装置包括一个场致发射极尖电子源(field emission tip electron source)。按照本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种方法，用来对一样品的一个或若干个内部边界或者其他特征形成放大的X射线图像，该方法包括将样品置入本专利技术第一方面所述的一个样品室中，然后将所述样品室安进一电子显微镜或显微探针的支承装置中的合适位置，使得所述显微镜或显微探针的所述电子束聚焦于所述可激励物质体，从而提供所述入射束以激励所述物质生成X射线；用一电子束照射所述可激励物质，使所述物质产生X射线，所述射线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于Ｘ射线成像的样品室，它包括形成一样品腔的装置，以及装在该装置上的可被合适的入射束激发产生Ｘ射线辐射的物质体，该样品室如此设置，使得在使用时，至少一部分所述Ｘ射线辐射穿过所述样品腔而照射到其中的样品，然后穿出所述装置接受探测。

【技术特征摘要】
AU 1997-4-8 PO6041;AU 1997-6-20 PO74531.一种用于X射线成像的样品室，它包括形成一样品腔的装置，以及装在该装置上的可被合适的入射束激发产生X射线辐射的物质体，该样品室如此设置，使得在使用时，至少一部分所述X射线辐射穿过所述样品腔而照射到其中的样品，然后穿出所述装置接受探测。2.如权利要求1所述的样品室，其中，所述样品室是一个完整的独立装置，其方式和尺寸适于插入与之匹配的扫描电子显微镜或显微探针的支承装置，例如样品载物台，中的合适位置，使得所述显微镜或显微探针的电子束聚焦于所述可激励物质体，从而提供用来激励所述物质生成X射线的入射束。3.如权利要求1所述的样品室，其中，所述物质可被入射的聚焦电磁辐射束激励而产生X射线。4.如权利要求1、2或3所述的样品室，其中，所述样品室是一个层列，各层在平行于层平面方向上的尺寸在一微米左右到10mm的范围内。5.如权利要求4所述的适合用于相衬成像的样品室，其中，所述被激产生的X射线从中穿过的各层高度均一，并具有非常平的表面，以使照射样品的入射射线束保持高度的空间相干性，从而使在图像中有用的衬度最优化。6.如前述任何权利要求所述的样品室，其中，所述可激励物质是一个贴附在形成所述样品室的结构上的物质层。7.如权利要求6所述的样品室，其中，所述可激励物质层的厚度在10到1000nm的范围内，其如此设置，使得在使用时该层与所述样品间的间隔在1到1000μm的范围内。8.如权利要求6或7所述的样品室，其中，所述结构包括一个底层和/或一个隔离层，其将所述可激励物质层与所述样品隔离开，对X射线总体上透明，或者对X射线的某个或某几个选定能带透明。9.如权利要求8所述的样品室，其中，所述底层和/或隔离层强烈吸收所述选定X射线能带之外的能量，以加强对生成图像有用的X射线束的色相干性。10.如前述任何权利要求所述的样品室，其中，所述被激物质体是固定在一公共底层上的被分割的或刻图的物质体区段组。11.如前述任何权利要求所述的样品室，其中，所述样品室是开放的。12.如权利要求11所述的样品室，其中，在向所述样品腔中置入样品之后将所述样品腔密封起来。13.如权利要求1到10之任何一项所述的样品室，其中，所述样品腔可以闭合，所述结构包括一个透X射线的窗口，通过该窗口，所述X射线射出所述结构，以被探测到。14.与一能敏或能量析像探测器结合使用的如前述任何权利要求所述的样品室。15.一种X射线显微镜或显微探针，其具有生成聚焦电子束的装置和一个如前述任何权利要求所述的样品室，所述样品室可被固定在支承装置的适当位置，使得所述电子束聚焦于所述可激励物质体，从而提供所述入射束以激励所述物质生成X射线。16.如权利要求15所述的X射线显微镜或显微探针，其中，所述电子束在所述被激物质体中的聚焦宽度在10到1000nm范围内。17.如权利要求15或16所述的X射线显微镜或显微探针，其中，所述生成聚焦电子束的装置包括一个场致发射极尖电子源。18.如权利要求15、16或17所述的X射线显微镜或显微探针，其还包括一个能敏或能量析像探测器。19.适于构成如...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬威廉威尔金斯，
申请(专利权)人：XRT有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]