[發明專利]一種軟X射線顯微成像探測器

在審

• 申請號: 201910771982.7
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110455835A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 鄭睿;肖鵬;謝慶國;鐘勝;王衛東;唐江;褚倩;白翔
• 申請（專利權）人: 蘇州瑞派寧科技有限公司
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種軟X射線顯微成像探測器，包括腔體、熒光轉換屏以及光電轉換器件，腔體包括第一開口和第二開口，腔體內部設置有將自第一開口處入射的光反射至第二開口處的反射器件，光自第一開口向反射器件傳播的方向與自反射器件向第二開口傳播的方向之間具有第一夾角；熒光轉換屏設置于第一開口處；光電轉換器件設置于第二開口處，光電轉換器件、熒光轉換屏與腔體形成密閉空間。本發明避免了軟X射線直接輻射到光電轉換器件上，提高了探測效果，延長了光電轉換器件的使用壽命，結構簡單，易于實現。

技術領域

本發明涉及顯微成像技術領域，更具體地涉及一種軟X射線顯微成像探測器。

背景技術

傳統的光學顯微成像技術采用可見光(波長范圍390nm～700nm)進行成像，由于受到衍射極限的限制，分辨率很難達到200nm以下。電子顯微鏡成像技術采用電子進行成像，雖然分辨率提高，但是由于電子的穿透能力弱，無法穿透細胞對細胞內部進行三維成像；同時，電子顯微鏡成像時需要對生物樣品進行諸如切片、脫水等處理，這無疑破壞了樣品的內部結構信息，不可能對完整的含水細胞進行成像。

X射線具有很高的穿透本領，能透過許多對可見光不透明的物質，通常，波長小于0.1埃米的稱超硬X射線，波長在0.1～10埃米范圍內的稱硬X射線，波長在10～100埃米范圍內的稱軟X射線。近年來，軟X射線逐漸地應用于顯微成像技術中。相比于光學顯微成像和電子顯微鏡成像技術，軟X射線顯微成像技術有著其獨特的優勢。

軟X射線顯微成像技術采用波長遠小于可見光波長的軟X射線進行成像，理論上的極限分辨率可達到1.2nm；同時，在某些軟X射線波長的區間內，比如波長2.3nm～4.4nm，能量284eV～534eV，蛋白質、脂類和其他含碳、氮化合物對光子的吸收比水高一個數量級，在該波段內水環境相對于生物樣品透明，能通過自然襯度提供清晰的細胞圖像。因此，軟X射線顯微成像技術所用樣品通常不必進行脫水處理，觀測時也無需處于高真空的狀態，能夠更好地展現生物體的自然狀態，并給出定量的生物成像信息。進一步通過斷層成像和三維重構技術，軟X射線顯微成像技術還能夠獲得細胞內部的三維精細結構。

軟X射線顯微成像設備采用軟X射線探測器以獲取樣品的結構投影數據，因此，軟X射線探測器是影響設備成像效果的關鍵因素。軟X射線探測器可以分為間接探測型和直接探測型，其中，間接探測型采用熒光屏、閃爍晶體等將軟X射線轉換成可見光，再通過與閃爍晶體耦合的光電轉換器件進行探測，間接探測型具有高動態范圍、寬能量覆蓋范圍、CCD芯片壽命長等優點；直接探測型則利用軟X射線的光子與探測器芯片中耗盡層相互作用產生的電子空穴對實現探測，直接探測型具有空間分辨率高、靈敏度高等優點。比如，常見的直接探測型的軟X射線波段的量子效率可達80％以上、像素尺寸在15微米以下。

傳統的軟X射線探測器仍存在諸多問題，比如，傳統的軟X射線成像設備采用激光等離子作為光源，不僅軟X射線波段輻射效率低，而且伴隨著從可見光到X射線寬波段范圍內的電磁輻射干擾，這些可見光、紫外線和X射線采用常規的光路設計難以進行清除，會對成像造成很大影響；同時由于軟X射線顯微成像儀器的光源強度較弱，傳統的CCD探測器通過長時間曝光來獲取成像圖片，采用激光等離子產生的軟X射線是一種持續時間很短的周期性脈沖，在這段曝光時間內，軟X射線的有效持續時間所占比例很小，造成了大量的噪聲積累，降低了成像信噪比。其次，傳統的軟X射線探測器采用直接探測型CCD進行探測，CCD芯片裸露在外，容易被灰塵、飛濺物等染，造成損壞；因此，需要額外配備濾片，濾片一般由幾百納米厚的金屬薄膜構成，采用金屬網作為支撐，很容易損壞。再次，傳統的軟X射線成像探測器無法避免較高能量的X射線直接輻射在CCD芯片上面，不僅會產生噪聲干擾，長時間使用還會損壞芯片。另外，設備還需要額外配備光圈、遮光筒等光學器件，使用起來十分復雜，無法避免漏光現象產生。

發明內容

本發明的目的是提供一種軟X射線顯微成像探測器，從而解決上述至少一種問題。