Nedestruktivní 3D zobrazování s vysokým rozlišením

3D RTG CT snímek zakončení lidského nervu

V současnosti je již k dispozici technologie pro charakterizaci povrchu a vnitřních struktur s rozlišením od mm do 50 mm a to bez nutnosti přípravy vzorku. Pokud uvažujeme zobrazovací metody s vysokým rozlišením existuje více technik, které toto zvládnou. Nicméně existuje velmi málo nedestruktivních technik, které dokáží analyzovat a s vysokým rozlišením zobrazit povrch vzorku s jeho vnitřní strukturu, nebo jeho pórovitost a vnitřní 3D propojení. Navíc neexistují žádné zobrazovací metody, která by toto jednoduše zvládly pro vzorky v násobné délkové škále, tj. od mm po nano-měřítko.

Konvenční zobrazovací metody

SEM (Skenovací Elektronová Mikroskopie) a AFM (Atomic Force Microscopy) jsou příkladem povrchových vizualizačních nástrojů. TEM (Transmisní Elektronová Mikroskopie) na druhé straně vyžaduje ultra-tenký vzorek. Ve většině případů je nutné provést destruktivní přípravu průřezu vzorku pomocí fyzikálního nebo chemického procesu. Tento přístup může být únavný a může vnést do vzorku artefakty. Optická a konfokální mikroskopie je omezena difrakčním limitem s prostorovým rozlišením v nejlepším případě kolem 150 nm. Zatímco elektronová mikroskopie dosahuje prostorového rozlišení v nm až Å měřítku, je často příprava vzorku velmi komplikovaná a to včetně potřeby vakuové kompatibility a elektrické vodivosti vzorku. Navíc konvenční zobrazovací metody pracují ve 2D a tak je obtížné charakterizovat funkční a strukturální změny materiálů ve 3D. Následná 3D analýza v násobném měřítku je pak naprosto nemožná.

RTG počítačová tomografie (X-ray CT)

Rentgenové paprsky (RTG, X-ray) naopak mají tu výhodu, že pouze slabě interagují s hmotou a pronikají hluboko do materiálů - ať už jsou to plynné, tekuté nebo pevné neprůhledné materiály. Věda a výzkum používá RTG paprsky již poměrně dlouhou dobu pro nedestruktivní testování, zatímco v lékařské komunitě byly od roku 1960 úspěšně nasazeny počítačové tomografy (CT – computed tomography scanners). Lékařské CT může poskytnout rozlišení v mm nebo sub-mm měřítku. Konvenční mikro CT má rozlišení od desítek mikronů do několika mikronů a otevírá tak prostor pro řadu výzkumných aplikací v bio-medicíně, polovodičovém průmyslu, analýze materiálů nebo geologickém výzkumu.

Omezení spojená s rozlišením a kontrastem

Nicméně pro řadu nových aplikací, jako je tkáňové inženýrství, výzkum alternativních zdrojů energie (např. palivové články), pokročilé kompozitní materiály, MEMS, polovodiče a nanotechnologie, konvenční CT postrádají potřebnou rozlišovací schopnost pro vizualizaci struktur nebo defektů, které jsou v řádech mikronů nebo méně. Navíc mnoho biologických materiálů, polymerů a kompozitů má velmi nízkou absorpci v RTG oblasti a proto je zobrazovací kontrast pro tyto materiály velmi nízký dokonce i při nízkém rozlišení.

Nové mikro a nano RTG CT aplikace

S potěšením můžeme představit novou řadu mikro a nano CT systémů od firmy Xradia Inc., které zaplňují mezeru v oblasti kontrastu a rozlišení, kterými trpí konvenční CT systémy.

MicroXCT systém poskytuje zobrazovací rozlišení 1µm nebo lepší a to dokonce i v případě biologických a měkkých materiálů s nízkým kontrastem. Vysokého rozlišení lze dosáhnout i pro relativně velké vzorky, často aniž by bylo redukovat jeho rozměry. Díky fázově vylepšené optice je nyní možné zobrazovat i materiály s přirozeně nízkým kontrastem:

• buňky uvnitř tkáně
• rozhraní a povrch kostních chrupavek bez selektivního barvení
• vizualizace malých hustotních rozdílů v polymerních kompozitech
• analýza prasklin, defektů, dutin, pórů a spojnic v porézních materiálech

Pro případ nano-zobrazovaní je zde systém nanoXCT, který rozšiřuje zobrazovací možnosti až do rozlišení pod 50 nm. Takto vysoké rozlišení a kontrast otevírá zcela nové možnosti v různých výzkumných oblastech, od bio-medicíny až po materiálové inženýrství, zejména tam, kde je potřeba provést přesný model vzorku bez nutnosti jeho invazivní nebo destruktivní přípravy.

Vpravo si prohlédněte ukázky snímků (obrázky přepnete kliknutím na číslo, podržením kurzoru nad číslem zobrazíte informaci o obrázku).

Více informací o námi nabízených 3D RTG CT systémech naleznete v sekci 3D RTG tomografické systémy.