X射线成像使活细胞和生物体中隐藏的结构和过程可视化。然而，由高能量丰富的电磁波组成的辐射具有电离效应，可能会损坏遗传物质。这限制了可能的观察期。虽然软组织的传统 X 射线图像对比度较低，但相衬方法可以在减少辐射剂量的情况下产生更好的图像对比度。然而，随着分辨率的提高，温和的成像变得越来越困难，因为需要更高的剂量。此外，通常应用的高分辨率探测器的效率降低，导致辐射暴露进一步增加。到目前为止，活体生物样本的高分辨率 X 射线相衬成像只能持续几秒钟到几分钟，然后辐射就会造成严重损害。
来自卡尔斯鲁厄理工学院同步辐射应用实验室 (LAS)、光子科学和同步辐射研究所以及物理研究所的研究人员现已开发出一种方法，可以更有效地利用辐射并生成微米分辨率的图像。该方法适用于活体标本和敏感材料，并为生物学、生物医学和材料科学开辟了新的机遇。新系统将 X 射线相衬与所谓的布拉格放大器和光子计数探测器结合在一起。
直接放大X射线图像
LAS 博士研究员丽贝卡·斯皮克 (Rebecca Spiecker) 表示：“我们不是将 X 射线图像转换为可见光图像，然后再放大，而是直接放大。” “由于这种方法，我们可以使用高效的大面积探测器。” 研究人员使用像素尺寸为 55 微米的光子计数探测器。之前，样本的X射线图像是用所谓的布拉格放大镜放大的，结果样本本身的分辨率达到了约1微米。布拉格放大镜由两个完美的硅晶体组成，其放大效应是由硅晶格中的不对称衍射产生的。布拉格放大镜的另一大优点是非常好的光学图像传输。它允许几乎无损地再现高达分辨率极限的所有空间频率。
观察寄生黄蜂 30 分钟
由于基于传播的 X 射线相衬与布拉格放大器和光子计数探测器的结合，所有这些都针对 30 千电子伏 (keV) 的 X 射线能量进行了优化，该方法达到了大约最大值X 射线相衬的可能剂量效率。这使得以微米分辨率观察小型生物体的时间更长。研究人员与来自德国各地的科学家一起，在最小寄生黄蜂的试点研究中展示了这种方法。他们用了 30 多分钟的时间观察黄蜂在宿主卵中以及它们如何从卵中孵化出来。“该方法也适用于生物医学应用，一个例子是活检样本的温和三维组织学研究，”斯皮克说。研究人员现在计划进一步改进设置，扩大视野，并提高机械稳定性，以实现更长时间的测量。
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