Markus OsterhoffMay 24, 2023

#GINIX – das #Göttingen Instrument for #Nano-#Imaging with #Xrays
ist unser¹ #Röntgen-#Mikroskop am Hamburger #Synchrotron PETRA III beim @DESY.

Seit 2011 fahren wir meistens zwei Mal im Jahr für jeweils einige Wochen zum Experiment, um (i) grundlegende Experimente zu wagen, (ii) die Bildgebungsmethoden zu verbessern und erweitern sowie (iii) hochauflösende Daten für unsere Kollaborationspartner zu gewinnen.

¹Arbeitsgruppe Prof. Tim Salditt,
https://www.uni-goettingen.de/saldittlab

Institut für Röntgenphysik - Salditt Gruppe - Georg-August-University Göttingen

Website of the Georg-August-University Göttingen

Georg-August Universität Göttingen
Show threadMarkus OsterhoffMay 24, 2023
Die GINIX ist das Ergebnis der Doktorarbeit von Sebastian Kalbfleisch (anschließend an der Hard X-Ray Nanoprobe, NSLS-II in New York, jetzt an der #NanoMAX in Lund), und nutzt Röntgen-#Wellenleiter (leitende Kanäle von unter 100 #Nanometer Größe über eine Länge von wenigen Millimetern), um die Röntgenstrahlung zu filtern, und ermöglicht uns 2D- und 3D-Daten hoher Bildqualität zu gewinnen – auch für nur schwach wechselwirkende biologische Materie.
Show threadMarkus OsterhoffMay 24, 2023
Die Bildgebung mittels Wellenleiter nutzt das Prinzip der #Holographie [Gabor, 1948]: die Lichtwelle durchdringt das Objekt – dabei wird ortsabhängig die Phasenlage beeinflusst – und interferiert mit sich selbst. Dadurch können nicht nur „Schattenbilder“ (primärer Kontrast der #Röntgenaufnahmen im Krankenhaus), sondern auch „unscharf wirkende #Beugungsmuster“ vom Detektor aufgenommen werden. Am Computer wird aus diesen Daten dann z.B. die #Elektronendichte der zu untersuchenden Probe errechnet.
Show threadMarkus OsterhoffMay 25, 2023
Aktuell sieht es so aus: das Instrument steht in der Strahlposition, aber der Probenturm ist noch nicht zusammengesetzt. Hier stehen für morgen noch einmal interferometrische Messungen zur Stabilität und Positionstreue an.
Auf die Profile links unten im Bild wird eine Motorisierung und ein Röntgendetektor installiert; die Umbauarbeiten dazu gehen ebenfalls morgen weiter.
Show threadMarkus OsterhoffMay 25, 2023
Ein Blick von "hinten":
Mittig nach unten verlassen die gestreuten #Röntgen-#Photonen die GINIX in einem evakuierten Flugrohr; der #Detektor wartet dann sehnsüchtig in einem Abstand von fünf Metern.
Wir nutzen sowohl hybride Pixel-Detektoren mit analog-digitaler Elektronik in jedem Pixel, als auch #sCMOS-Detektoren mit einem #Szintillator.
Die #Daten strömen dann, je nach Messung, mit bis zu 30 Gigabyte pro Minute zu den Steuerrechnern im Detektorrack und weiter ins DESY-#Rechenzentrum.
Show threadMarkus OsterhoffMay 25, 2023
Leicht schräger Blick über das Flugrohr zur Ginix.
Rechts an der Wand zahlreiche #Versorgungsleitungen, etwa um zu untersuchende Proben in bestimmten Atmosphären zu studieren; ein Hinweisschild an der GINIX weist auf die 100 Experimente (handschriftlich mittlerweile 100+4+1*2 ergänzt) hin. Auf dem Dach der Einhausung zahlreiche #Controller für Motoren, seitlich hängt ein Monitor, darunter steht ein mobiles Rack.
Von links oben laufen zahlreiche #Kabel über einen #Schwenkarm zum Aufbau.
Show threadMarkus OsterhoffJun 4, 2023

Das dicke Rohr im unteren Bereich steht unter Unterdruck, so im unteren Millibar-Bereich (Normaldruck 1013 Millibar = 1013 Hektopascal [das ist die eigentliche SI-EInheit]) und unterdrückt Luftabsorption und -streuung auf dem ca. fünf Meter langen Weg von der Probe zur hinteren Detektorposition.

Im Gegensatz zur „Krankenhaus-Röntgenstrahlung“ bei ca. 100 keV arbeiten wir hier um 10 keV; die Eindringtiefe dieser Strahlung bei Luft beträgt nur ein paar Meter.

Show threadMarkus OsterhoffJun 4, 2023

Das heißt, die Helligkeit unserer Bilder würde ungefähr halbiert; viel schlimmer aber: aufgrund von Streuung würden sie verwaschen/unscharf.

Insbesondere bei Streuexperimenten [nano-#SAXS] muss der Strahl sehr sauber präpariert werden und auch nach der Probe ist Vorsicht geboten. Sehr kleine Proben im µm-Bereich streuen von den einfallenden 10¹² Photonen pro Sekunde vielleicht nur ein paar hunderttausend und eine Million – und diesen paar Quäntchen darf dann nichts „schlimmes mehr passieren“.

Show threadMarkus Osterhoff
Für nano-SAXS-Messungen wird der #Röntgen-Strahl auf eine Größe von ca. 100 #Nanometer fokussiert. Weiche Blenden kurz vor der Brennebene filtern Untergrundstrahlung, dürfen aber in den Fokus selber nicht einschneiden oder gar für Streustrahlung sorgen; daher kommen häufig zwei, teilweise drei spezielle Blenden von wenigen Mikrometern Größe und weich präparierten Kanten zum Einsatz. Diese wurden mit einem #FIB Focused Ion Beam auf dünnen #Siliziumnitrit Si₃N₄-Schichten hergestellt.
Jun 4, 2023 at 9:23amWeb
Show threadMarkus OsterhoffJun 4, 2023

Hinter der SAXS-Probe (bei uns häufig einzelne biologische Zellen, aber bei befreundeten Gruppen auch Mikrokristalle in gleichzeitiger #SAXS-/#WAXS-Geometrie) befindet sich ein #beamstop, um den Primärstrahl (99,9999% der Röntgenphotonen, welche keine Wechselwirkung erfahren haben) abzuschwächen. Denn trotz Unterdruck im Flugrohr würde diese Intensität zu starker Streuung führen und die Ergebnisse verfälschen / die Messung zunichte machen.

Außerdem wäre sonst der #Detektor kaputt …