科海拾贝篇-中子显微镜

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日前,一种用中子来代替光进行影像放大的显微镜原型,在美国国家标准与技术研究院中子研究中心成功进行了演示实验。无论是从成像效果还是操作工序来看,中子显微镜都将比光学显微镜、X射线和电子显微镜都更具优势。

其成像过程如下:

首先将一束强中子流射在样本上,中子流穿透样本后会击中100个连排的铝金属片,这些铝片起到了聚焦透镜的作用,可将中子流反射到各个方向,投射到一个探测器上,从而形成影像。右侧图案就是样本的内部结构显示图。

从理论上讲,中子显微镜的成像效果会比光学显微镜更好,因为中子的波长仅1纳米,同可见光400~700毫米的波长相比要短得多。在此次的演示实验中,中子显微镜形成的图像分辨率能够达到0.5毫米,而它的放大率约为10倍。研究人员希望通过降低透镜像差来进一步提高成像质量,以便更好地展现生物样本的内部差异。

此外,中子显微镜还有其独特的优势。与其它成像方法不同,中子与氢元素有着很强的互动作用,而氢元素以碳氢化合物或水的形式存在于绝大多数的样本中。这使得中子能够轻易地穿透样本,因此也省去了切片、染色、固定等其它成像方式所需要的工序。