Neue Linsen für Röntgenuntersuchungen

Im Nano-Argovia-Projekt ACHROMATIX entwickelt ein interdisziplinäres Team ein neuartiges Linsensystem, das für wissenschaftliche Untersuchungen mit Röntgenstrahlen eingesetzt werden kann. Dr. Joan Vila-Comamala vom Paul Scherrer Institut leitet das Projekt, bei dem Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Paul Scherrer Instituts, der Universität Basel und der Firma XRnanotech ihre Expertise einbringen.

Röntgenstrahlen spielen heutzutage nicht nur im medizinischen Alltag eine wichtige Rolle. Auch in der Forschung oder bei Materialanalysen werden die besonderen Eigenschaften von Röntgenstrahlen genutzt. In der Röntgenmikros-kopie werden dabei Linsen verwendet, die den Röntgenstrahl auf die Probe fokussieren oder ein vergrössertes Bild erstellen. Dazu wurden in den letzten Jahren verschiedene Linsen entwickelt, welche die Röntgenstrahlen reflektieren, brechen oder beugen. Diese drei verschiedenen Linsentypen haben Vor- und Nachteile.

Unterschiede je nach Wellenlänge
Brechende (refraktive) und beugende (diffraktive) Linsen fokussieren Röntgenstrahlung verschiedener Wellenlänge in unterschiedlichen Abständen. Fachleute sprechen dabei von einer chromatischen Aberration. Werden Röntgenröhren als Quelle der Röntgenstrahlung eingesetzt, ist es daher erforderlich den vergleichsweise breiten Wellenlängenbereich mit einem Monochromator zu reduzieren. Dadurch wird allerdings die Zahl der Lichtteilchen (Photonen) stark reduziert, was wiederum die Verwendung der Röntgenröhre in der Röntgenmikroskopie eingeschränkt.

 

«Das Herzstück eines jeden Mikroskops ist seine Optik. Mit neuen und besseren Optiken lassen sich ungeahnte Einblicke in Materialien und Materie erzielen und neue Erkenntnisse gewinnen. Das Nano-Argovia-Projekt bietet uns die Möglichkeit, die Optiken für Röntgenmikroskope entscheidend zu verbessern.»

Dr. Florian Döring, CEO und Gründer von XRnanotech GmbH

 

Kombination von Linsen
In dem Nano-Argovia-Projekt ACHROMATIX entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun eine Kombination aus einer refraktiven und einer diffraktiven Linse. Sie designen diese Linsenkombination so, dass sich die chromatische Aberration der beiden Linsen ausgleicht.

Zunächst ermitteln die Forschenden basierend auf theoretischen Berechnungen die beste Linsenkombination, die sie im darauffolgenden Schritt mithilfe modernster Nanofabrikationstechniken herstellen. Die fertige achromatische Röntgenlinse wird anschliessend genau charakterisiert und getestet.

Die Linse soll später für die Transmissions-Röntgenmikroskopie eingesetzt werden, um biomedizinische Laboruntersuchungen durchzuführen. Die Forschenden erwarten dabei eine etwa zehnfache Verbesserung des Photonenflusses. Untersuchungen, die heute nur mit der Synchrotronlichtquelle möglich sind, sollen mit Röntgenröhren und den neuen Linsen realisierbar werden und damit den Einsatz von Röntgenuntersuchungen für wissenschaftliche Zwecke deutlich voranbringen und erweitern.

Als Partner in dem Projekt sind neben dem Projektleiter Dr. Joan Vila-Comamala (PSI), Dr. Christian David (PSI), Dr. Georg Schulz (Departement Biomedical Engineering, Universität Basel), Prof. Dr. Bert Müller (Biomaterial Science Center, Universität Basel) und Dr. Florian Döring von XRnanotech (Villingen) beteiligt.

Weitere Information

XRnanotech
Paul Scherrer Institut
Biomedical Science Center Universität Basel