Исследователи из США разработали простой и быстрый метод получения трехмерных изображений наноразмерных объектов, для получения такого изображения требуется лишь одно измерение.

Процесс построен следующим образом: на объект направляют луч рентгеновских лучей, он отражается от объекта, после чего волновую картину рассеянной волны собирают с помощью искривленного детектора. Так как новый процесс достаточно точен для того, чтобы различать индивидуальные атомы, есть надежда, что со временем он превратится в важный аналитический инструмент.

Возглавлявший исследование Янвей Мяо (Jianwei Miao) из Университета Калифорнии отмечает, что до настоящего времени не было способа получения трехмерных изображений нанообъектов с помощью лишь одного воздействия.

Обычно трехмерные изображения получают двумя способами. Один заключается во вращении образца и получении впоследствии комбинируемых двумерных изображений под различными углами (метод чем-то похож на рентгеновскую кристаллографию), а другой – в получении множественной картины плоских «ломтей» с последующим их комбинированием (подобно конфокальной микроскопии).

Детектирование рассеянных рентгеновских лучей
позволяет определять и генерировать
трехмерное изображение нанообъекта

Мяо поясняет, что идея нового метода заключалась в сборе данных и получении трехмерной картины с помощью единичного луча, отражение которого фиксировалось бы искривленной поверхностью. Исследователи назвали новый метод «анкилография» (ankylography) – от греческого слова ankylos, означающего «искривленный».

В сущности, анкилография представляет собой разновидность дифракционной рентгеновской микроскопии. Первоначально изучаемый материал облучается когерентным рентгеновским излучением, которое претерпевает дифракцию по всем направлениям. Фиксирование картины рассеяния затем производится с помощью устройства с зарядовой связью [charge-coupled device(CCD)], измеряющего направление и интенсивность дифракции рентгеновских лучей.

Мяо отмечает, что идеальной формой для устройства с зарядовой связью, фиксирующего дифракционную картину, была бы форма сферы, однако такие устройства еще не разработаны. Вместо этого исследователям пришлось использовать плоское CCD, после чего математически обрабатывать сигналы, «превращая рисунок на плоскости в рисунок на сферической поверхности».

На последней стадии полученную дифракционную картину расшифровывают с помощью компьютерных алгоритмов, разработанных исследовательской группой специально для реконструкции изображения. С помощью нового метода исследователи смогли получить изображение трехмерной структуры поверхности кремния с точностью около 0,2 нм, а также определили особенности строения поверхности вируса полиомиелита, размеры которого составляют около 2 нм.

Вирус полиомиелита

Алан Роземан (Alan Roseman) из Университета Манчестера восхищен элегантным подходом, реализованным в новом методе, однако считает, что для использования метода в анализе биологических образцов необходим еще ряд существенных модификаций. Он подчеркивает, что использование нового метода может оказаться невозможным для изучения радиационно-чувствительных биологических объектов, хотя и не отрицает возможность того, что правильное изображение будет получено до проявления эффектов радиационного воздействия на организм.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature. В свободном доступе статью можно скачать с сайта http://arxiv.org/.