[发明专利]一种软X射线显微成像探测器

说明书

本发明公开了一种软X射线显微成像探测器，包括腔体、荧光转换屏以及光电转换器件，腔体包括第一开口和第二开口，腔体内部设置有将自第一开口处入射的光反射至第二开口处的反射器件，光自第一开口向反射器件传播的方向与自反射器件向第二开口传播的方向之间具有第一夹角；荧光转换屏设置于第一开口处；光电转换器件设置于第二开口处，光电转换器件、荧光转换屏与腔体形成密闭空间。本发明避免了软X射线直接辐射到光电转换器件上，提高了探测效果，延长了光电转换器件的使用寿命，结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，更具体地涉及一种软X射线显微成像探测器。

背景技术

传统的光学显微成像技术采用可见光(波长范围390nm～700nm)进行成像，由于受到衍射极限的限制，分辨率很难达到200nm以下。电子显微镜成像技术采用电子进行成像，虽然分辨率提高，但是由于电子的穿透能力弱，无法穿透细胞对细胞内部进行三维成像；同时，电子显微镜成像时需要对生物样品进行诸如切片、脱水等处理，这无疑破坏了样品的内部结构信息，不可能对完整的含水细胞进行成像。

X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，通常，波长小于0.1埃米的称超硬X射线，波长在0.1～10埃米范围内的称硬X射线，波长在10～100埃米范围内的称软X射线。近年来，软X射线逐渐地应用于显微成像技术中。相比于光学显微成像和电子显微镜成像技术，软X射线显微成像技术有着其独特的优势。

软X射线显微成像技术采用波长远小于可见光波长的软X射线进行成像，理论上的极限分辨率可达到1.2nm；同时，在某些软X射线波长的区间内，比如波长2.3nm～4.4nm，能量284eV～534eV，蛋白质、脂类和其他含碳、氮化合物对光子的吸收比水高一个数量级，在该波段内水环境相对于生物样品透明，能通过自然衬度提供清晰的细胞图像。因此，软X射线显微成像技术所用样品通常不必进行脱水处理，观测时也无需处于高真空的状态，能够更好地展现生物体的自然状态，并给出定量的生物成像信息。进一步通过断层成像和三维重构技术，软X射线显微成像技术还能够获得细胞内部的三维精细结构。

软X射线显微成像设备采用软X射线探测器以获取样品的结构投影数据，因此，软X射线探测器是影响设备成像效果的关键因素。软X射线探测器可以分为间接探测型和直接探测型，其中，间接探测型采用荧光屏、闪烁晶体等将软X射线转换成可见光，再通过与闪烁晶体耦合的光电转换器件进行探测，间接探测型具有高动态范围、宽能量覆盖范围、CCD芯片寿命长等优点；直接探测型则利用软X射线的光子与探测器芯片中耗尽层相互作用产生的电子空穴对实现探测，直接探测型具有空间分辨率高、灵敏度高等优点。比如，常见的直接探测型的软X射线波段的量子效率可达80％以上、像素尺寸在15微米以下。

传统的软X射线探测器仍存在诸多问题，比如，传统的软X射线成像设备采用激光等离子作为光源，不仅软X射线波段辐射效率低，而且伴随着从可见光到X射线宽波段范围内的电磁辐射干扰，这些可见光、紫外线和X射线采用常规的光路设计难以进行清除，会对成像造成很大影响；同时由于软X射线显微成像仪器的光源强度较弱，传统的CCD探测器通过长时间曝光来获取成像图片，采用激光等离子产生的软X射线是一种持续时间很短的周期性脉冲，在这段曝光时间内，软X射线的有效持续时间所占比例很小，造成了大量的噪声积累，降低了成像信噪比。其次，传统的软X射线探测器采用直接探测型CCD进行探测，CCD芯片裸露在外，容易被灰尘、飞溅物等染，造成损坏；因此，需要额外配备滤片，滤片一般由几百纳米厚的金属薄膜构成，采用金属网作为支撑，很容易损坏。再次，传统的软X射线成像探测器无法避免较高能量的X射线直接辐射在CCD芯片上面，不仅会产生噪声干扰，长时间使用还会损坏芯片。另外，设备还需要额外配备光圈、遮光筒等光学器件，使用起来十分复杂，无法避免漏光现象产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种软X射线显微成像探测器，从而解决上述至少一种问题。