ZEISS Xradia Ultra Family

Nanoscale X-ray Imaging – Explore at the Speed of Science

シンクロトロンX線ナノトモグラフィでは、ナノスケールの非破壊3次元イメージングが可能となるものの、きわめて限られたビームタイムの中で実験を行う必要があります。

シンクロトロンのビームタイムを待つ必要がなくなったらどうでしょう？ご自身のラボでシンクロトロンが使用できる環境を想像してみてください。ZEISS Xradia Ultra Familyでは、非破壊3D X線顕微鏡（XRM）により、ナノスケールの分解能とシンクロトロン並みのクオリティを実現します。

最も高頻度で使用されるアプリケーションにおいて最適な画質を得るために設計された2つのモデル、ZEISS Xradia 810 UltraおよびZEISS Xradia 800 Ultraからお選びいただけます。厳格性が求められる研究には、最高の画質とシステムの信頼性が要求されます。そこでXradia Ultraのアーキテクチャには、シンクロトロンから実験用装置に採用された高度なX線光学技術が用いられています。これにより、ご自身のラボにてスケジュールどおりに、シンクロトロンレベルのナノトモグラフィの結果が得られます。ナノスケールの3D X線イメージングを用い、材料研究、ライフサイエンス、天然資源、産業アプリケーションでのサイエンスを加速させましょう。

メリット:

本来の環境条件で、試料を非破壊的にイメージングすることが可能。他の装置との相関ワークフローや3D in-situ実験のためにサンプルを保存できる。
空間分解能50 nm、ボクセルサイズ16 nmのナノスケール3D X線イメージングによって、さらに詳細な情報を取得し、細部に至るまで解像することが可能。
3D・4Dでのin situ実験にて、ナノ構造形成を観察することができる。
試料の包括的な特性評価：測定したナノ構造を定量化し、得られたデータをモデリングのインプットとして使用可能。
硬いもの、柔らかいものなど、多様なタイプの試料を並べて探索し、吸収コントラストやゼルニケ位相コントラストで画質を向上。
シンクロトロン使用前に試料を事前選別し、ビームタイムの割り当てを最大限に活用できる。

特長

非破壊ナノスケールイメージングで研究を強化

独自の非破壊イメージングを駆使し、ナノスケール現象を本来の環境下で3次元的に観察することが可能です。
サブミクロン分解能のXRM（ZEISS Xradia Versaなど）と、高分解能であっても破壊的な3Dイメージング（FIB-SEMなど）の間のギャップを埋めることができる唯一の装置です。
一体化されたin situソリューションを使用し、ラボで最先端の非破壊3D/4D X線イメージングを行うことにより、50 nmまでの解像度と16 nmのボクセルサイズを実現します。
これらのユニークな機能を分析ポートフォリオに加えることで、研究を加速することができます。

ZEISS Xradia Ultraの光学系は、ナノスケールのイメージング、優れたコントラスト、ラボでの使いやすさを備えたシンクロトロン技術を継承しています。

松の木の葉の2D再構築スライス

ゼルニケ位相差（ZPC）モード

吸収コントラスト

Ausgeblendete alte Version

松の木の葉の2D再構築スライス

ゼルニケ位相差（ZPC）モード

吸収コントラスト

卓越したコントラストと画質を実現

サンプルの破壊や断面加工による状態変化なしで、欠陥箇所を3Dで観察できます。
吸収コントラストとゼルニケ位相差により、高度なコントラストと画質でディテールを明らかにします。両モードのデータを組み合わせることで、ひとつのコントラストでは決して得られない特徴を観察できます。
Xradia 810 UltraおよびXradia 800 Ultraは、最も高頻度で使用されるアプリケーション向けに最適な画質を取得することを目的としています。どちらのバージョンが最良のシステムとなるかは、最適なコントラストとスループットを得たい分析材料の種類、材料の透過性によって異なります。
Xradia Ultraを使用すれば、シンクロトロン並みの性能を持つナノスケールのX線イメージングが可能になります。

ラボの研究範囲を広げる

シンクロトロン並みの性能によって新たな知見を取得できます。シンクロトロン設置施設にアクセスする手間を解消します。ラボにてスケジュールどおりに、シンクロトロンレベルのナノトモグラフィの結果が得られます。
ラボベースのイメージングでは不可能だった4Dおよびin situ研究が可能になります。
機械的、熱的、電気化学的および環境的なin situ検査を行えます。
相関性のあるワークフローを使用し、他のモダリティ（例えば、ZEISS Xradia Versa、ZEISS Crossbeam、分析用装置）に接続できます。専用のPython APIを含む合理的なユーザーインターフェースにより、イメージング施設の幅広いユーザーに対応します。

3Dプリントされたナノ格子構造。in situ圧縮実験の前にゼルニケ位相差で撮影。サンプルご提供：R. Schweiger, KIT, DE

テクノロジー

Unique Set-upでX線を使用してナノスケール構造を解明

3D非破壊イメージングでナノメートル単位の解像度を達成し、試料の特性を総合的に判断することを目指す顕微鏡科学者には、以下を実現する光学系が必要です：

ナノスケール解像度の3Dトモグラフィデータセット
画質の向上
集束効率
限られた実験時間で最高のシグナルを取得
低吸収性試料の特性を可視化

これまで、堅牢で効率の良いX線光学系を製作することは困難であったため、高解像度イメージングを実現するX線顕微鏡の開発が阻まれてきました。ZEISS Xradia Ultraは、シンクロトロン研究で培われた高度な光学系を採用し、X線の非破壊性を最大限に活用することで、ラボベースでのナノスケールの3Dイメージングを実現します。

シンクトロン応用型アーキテクチャのメリット

X線源の特性に合わせた反射型キャピラリーコンデンサーにより、最大フラックス密度で撮像
フレネルゾーンプレート対物レンズ。特許取得済みのナノ加工技術により、最高の解像度と集束効率を誇る光学系を実現し、研究に大きく寄与
低吸収試料のディテールを可視化するためのゼルニケ位相コントラスト用位相リング
シンチレータに基づいた高コントラスト・高効率の検出器。CCD検出器を光学的に結合し、限られた実験時間の中で最高のシグナルを取得可能
試料を回転させながら、さまざまな投影角度からの画像を収集した後に、3D断層像のデータセットに再構築

ビーム経路

アプリケーション例

ZEISS Xradia Ultra Family

エネルギー材料

リチウムイオン電池カソードの細孔ネットワークおよびカーボンバインダーの領域における拡散のシミュレーション。

中央の電解液でボイドによって分割される固体酸化物形燃料電池のアノードコンポーネント。

エンジニアリング材料

Norcada Heating Stageを用いたin situ条件下で高温酸化される亜鉛粒子。ZEISS Xradia 810 Ultraで撮像。粒子径は3 µm。

SiC：BN複合繊維におけるin situでの圧縮圧痕による破壊。

高分子・ソフトマテリアル

in situ負荷試験でのエラストマーの異なる圧縮段階。(左：非圧縮、中央：圧縮、右：伸張)

ポリマーマスクの繊維。NaCl粒子を二値化しフィルター効果を定量評価。

生命科学

ヒト毛髪の仮想断面像。内部に色素メラノソーム（白色）と細孔（黒色）が可視化されている。画像左が外側のキューティクル層。

非染色血管壁組織で可視化した弾性ラメラ（オレンジ色）およびラメラ間領域。

電子工学

銅のマイクロバンプおよび配線の可視化、欠陥検査。

10 nmプロセスマイクロプロセッサの金属層。

地球科学

シェールロックの構成相への分割。

岩石薄片からマルチスケールワークフローで抽出した炭酸塩のマイクロピラー微細空隙。

アクセサリー

ナノスケールでのin situ実験

in situテストでのギャップを埋める

材料研究では、非環境条件や外部刺激によって発現する特性を調査します。微細構造の変化を観察し、それを材料の性能と結びつけることを目的とする研究では、in situテストが最適な方法となります。同時に重要となるのは、それらの変化をリアルタイムでイメージングし、バルク特性を代表するボリュームデータを評価することです。

Xradia Ultraは、ナノスケールでのin situ実験やイメージングに最適です。ラボにおいて、バルク特性を示すことのできるサンプルサイズでありながら、ナノスケール現象を可視化できる解像度で非破壊的に3D構造のイメージングを行うことが可能になります。

サンプル厚みと透過率で分類されたin situテスト用の画像解像度（概算値）。ZEISS Xradia Ultraは、SEM/TEMのナノメートル分解能（表面イメージングまたは極薄サンプルに限定）とマイクロメートルスケールのトモグラフィ間でのギャップを解消します。

本来の環境下で試料をin situ観察

変形現象や破壊がナノスケールの局所的な特徴にどのように関与するかに関する知見を手に入れましょう。既存の機械的テスト法を補完することで、マルチスケールにおいて挙動に関する洞察が得られます。ZEISS Xradia Ultra Load Stageでは、非破壊3Dイメージングにより、圧縮、引張、圧痕などのin situナノメカニカルテストを独自の方法で行うことができます。これにより、50 nmの分解能で、負荷をかけながら内部構造の変化を3Dで観察可能です。

in situ加熱実験の実行

高温下での劣化過程、熱膨張、相転移など、ナノスケールの材料変化を評価できます。ZEISS Xradia Ultra向けNorcada Heating Stageは、試料温度を上昇させた状態で非破壊ナノスケール3Dイメージングを可能にします。MEMSヒーター技術により、空気中で最大500℃まで試料加熱が可能です。また、試料の加熱や試料電圧のバイアスを同一ユニットで行うことができるフレキシブルな設計が採用されています。

ZEISSクロスビームレーザー

LaserFIBによる迅速かつ容易な試料調製のメリット

深部に埋没している場合であっても関心領域（ROI）に素早くアクセスできるほか、ZEISS Xradia Ultraやシンクロトロンでのテスト用に柱状のサンプルを簡単に作成可能です。ZEISS Crossbeam FIB-SEMと超短パルスフェムト秒（fs）レーザーを組み合わせたLaserFIBの使用により、マルチスケールで相関性のあるワークフローを実現します。過去に取得した3D X線顕微鏡データセットなどを用いてROIを確認し、Cut-to-ROIワークフローでさらなる解析ができます。fsレーザーでミリ単位の切断を行い、Xradia Ultraで分析するための試料を作成します。その後、FIB-SEM機能を活用することで、nmとµmスケールのミリング、トモグラフィ、イメージングおよび高度分析が可能となります。

ソフトウェア

ユーザーフレンドリーなソフトウェアで効率的なワークフローを実現

ZEISSの革新的なScout-and-Scan™コントロールシステムは、サンプルとスキャンのセットアップを合理化し、生産性を向上させます。ワークフローに基づいたユーザーインターフェースが、試料の位置合わせ、関心領域の探索、3Dスキャンの設定などの各プロセスをガイドします。システムメニューでは、同一サンプルの複数回スキャンによってさまざまな関心領域を撮影する設定のほか、異なるイメージングモードの組み合わせが可能です。多様な経験値のユーザーが集う中央ラボにとって最適となる、使い勝手の良いシステムです。上級ユーザーであれば、一体化されたPython APIを使用して、カスタムイメージングタスクやin situ実験への統合化のために顕微鏡システムを完全にコントロールできます。

設定、ロード、スカウティング、スキャン、そして実行と、手順はごくシンプルです。グラフィカルなユーザーインターフェースでワークフローを簡単に作成できます。

ZEISSが推奨するObject Research System（ORS）のDragonfly Pro

ORS Dragonfly Proは、X線、FIB-SEM、SEM、ヘリウムイオン顕微鏡などの各種技術で取得された3Dデータを高度に解析・可視化するソフトウェアソリューションです。ORS Dragonfly ProはZEISSだけが提供している機能であり、直感的かつ完全にカスタマイズ可能なツールキットを利用して、大規模な3Dグレースケールデータの可視化と分析が可能となります。Dragonfly Proでは、3Dデータのナビゲーション、アノテーション、ビデオ制作を含むメディアファイルを作成できます。画像処理、セグメンテーション、オブジェクト解析を行い、結果を定量化します。