ZEISS Xradia Ultra
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ZEISS Xradia Ultra

ナノスケールX線イメージング:科学研究が求めるスピードに対応

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、極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。使用頻度の高い用途に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。

  • 実環境下における非破壊イメージング​
  • 最小の空間分解能が50 nm、ボクセルサイズが16 nmのナノスケール3D X線イメージング
  • 3Dおよび4Dのin situ実験
  • モデル入力したデータを用いたナノ構造の定量化
  • 高分子・ソフトマテリアルの研究 
Xradia Ultra 810の内部

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実環境下で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(集束イオンビーム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。
      ゼルニケ位相差(ZPC)モードを用いたマツの葉の2D再構成スライス画像(左)。
      吸収コントラストを用いたマツの葉の2D再構築スライス画像(右)。

      卓越したコントラストと画質を実現

      • 試料の破壊や断面加工時のアーチファクト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法を用いた高コントラスト比と画質により、細部まで鮮明に映し出すことができます。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実現できなかった機能を発揮することができます。 ​
      • Xradia 810 UltraおよびXradia 800 Ultraは、使用頻度の高い用途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比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。

      キャプション:ゼルニケ位相差(ZPC)モード(左)と吸収コントラスト(右)を用いたマツの葉の2D再構成スライス画像。

      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イメージング。試料ご提供:R. Schweiger, KIT, DE(試料幅:30 µm)。

      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、同等のナノスケール3D画像が得られます。 ​
      • 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(ZEISS Xradia Versa、ZEISS Crossbeam、分析用装置など)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。

      キャプション: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イメージング。試料ご提供:R. Schweiger, KIT, DE(試料幅:30 µm)。

      テクノロジー

      独自に設定した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評価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を取得
      • 画質の向上
      • 集束効率向上
      • 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、高分解能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。

      ZEISS Xradia Ultra X線顕微鏡のビームパスの図。​
      ZEISS Xradia Ultra X線顕微鏡のビームパスの図。​

      ZEISS Xradia Ultra X線顕微鏡のビームパスの図。

      ZEISS Xradia Ultra X線顕微鏡のビームパスの図。

      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イメージング​
      • フレネルゾーンプレートなどを用いた対物レンズ。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比・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、様々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
            アプリケーション

            アプリケーション

            生命科学や地球科学など、様々な研究分野でどのように試料がイメージングされているかをご覧ください。

            アプリケーション

            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。Xradia 810 Ultraでイメージング(試料幅:71 µm)。
            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。Xradia 810 Ultraでイメージング(試料幅:71 µm)。
            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。Xradia 810 Ultraでイメージング。​
            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。Xradia 810 Ultraでイメージング。​

            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でイメージング。粒子径:3 µm。
            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でイメージング。粒子径:3 µm。
            SiC:BN複合繊維におけるin situでの圧縮押し込み破損。Xradia 810 UltraおよびUltra Load Stageでイメージング(試料幅:65 µm)。
            SiC:BN複合繊維におけるin situでの圧縮押し込み破損。Xradia 810 UltraおよびUltra Load Stageでイメージング(試料幅:65 µm)。

            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)。Xradia 810 Ultraでイメージング。
            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)。Xradia 810 Ultraでイメージング。
            高分子マスク繊維。NaCl粒子を二値化しフィルター効果を定量評価。Xradia 810 Ultraでイメージング(試料幅:134 µm)。
            高分子マスク繊維。NaCl粒子を二値化しフィルター効果を定量評価。Xradia 810 Ultraでイメージング(試料幅:134 µm)。

            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。Xradia 810 Ultra(ゼルニケ位相差)でイメージング。
            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。Xradia 810 Ultra(ゼルニケ位相差)でイメージング。
            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。Xradia 800 Ultraでイメージング。画像ご提供:The University of Manchester, UK(試料幅:90 µm)
            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。Xradia 800 Ultraでイメージング。画像ご提供:The University of Manchester, UK(試料幅:90 µm)

            電子工学

            銅のマイクロバンプおよび配線のビジュアライゼーション/欠陥検査。Xradia 800 Ultraでイメージング(試料幅:52 µm)。
            銅のマイクロバンプおよび配線のビジュアライゼーション/欠陥検査。Xradia 800 Ultraでイメージング(試料幅:52 µm)。
            10 nmプロセスマイクロプロセッサの金属層。Xradia 800 Ultraでイメージング。
            10 nmプロセスマイクロプロセッサの金属層。Xradia 800 Ultraでイメージング。

            地球科学

            シェールロックの構成相への分割。Xradia 810 Ultraでイメージング。
            シェールロックの構成相への分割。Xradia 810 Ultraでイメージング。
            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(試料幅:50 µm)。
            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(試料幅:50 µm)。

            アクセサリ

            試料厚さ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)。
            試料厚さ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)。

            試料厚さ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試料に限定)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。

            試料厚さ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試料に限定)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。

            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試料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。

            Xradia Ultraロードステージ

            実環境下で試料をin situ観察​

            変形現象や破損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をご確認ください。既存の機械的試験法を補完することで、マルチスケールでの挙動を知ることができます。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。 ​

            Xradia Ultra用のNorcada社製加熱/バイアスステージ

            In situ加熱実験の実施​

            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。​

            Crossbeam LaserFIB
            Crossbeam LaserFIB

            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試料を簡単に作成可能です。ZEISS Crossbeam集束イオンビーム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関心領域を確認し、Cut-to-ROIワークフローでさらなる解析ができます。フェムト秒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、集束イオンビームSEMの性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。

            Xradia Ultraでイメージングした固体酸化物形燃料電池。試料ご提供:試料ご提供:Colorado School of Mines, US
            Xradia Ultraでイメージングした固体酸化物形燃料電池。試料ご提供:試料ご提供:Colorado School of Mines, US 試料ご提供:試料ご提供:Colorado School of Mines, US
            試料ご提供:試料ご提供:Colorado School of Mines, US

            Xradia Ultraでイメージングした固体酸化物形燃料電池。 

            ビジュアライゼーションおよび解析ソフトウェア:ZEISS推奨Dragonfly Pro

            ORS Dragonfly Proは、X線、FIB-SEM、SEMなどの各種技術で取得された3Dデータを先進的に解析・ビジュアライゼーション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ビジュアライゼーションと解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、注釈機能、ビデオ制作などのメディアファイル作成が可能です。画像処理、セグメンテーション、オブジェクト解析により、結果を定量化することができます。

            Xradia UltraのScout-and-Scan GUI Sandインターフェースのモザイク
            Xradia UltraのScout-and-Scan GUI Sandインターフェースのモザイク

            設定、ロード、スカウト、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。​

            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™制御システムで生産性を押し上げ、試料やスキャンの設定を効率化できます。 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、同一試料の複数回スキャンによって様々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。

            ダウンロード

              • ZEISS Xradia Ultra Family

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

                ページ: 33
                ファイルサイズ: 10 MB
              • ZEISS ORS Dragonfly

                Outstanding 3D visualization with best-in-class graphics

                ページ: 2
                ファイルサイズ: 689 KB
              • ZEISS Xradia Ultra Family - Flyer

                Nanoscale X-ray Imaging: Explore at the Speed of Science.

                ページ: 3
                ファイルサイズ: 816 KB
              • A Brief Comparison of Computed Laminography versus 3D X-ray Microscopy

                for Electronics Failure Analysis

                ページ: 4
                ファイルサイズ: 1 MB
              • In Situ Observation of Mechanical Testing

                at the Nanoscale

                ページ: 8
                ファイルサイズ: 1 MB
              • X-ray Nanotomography in the Laboratory

                with ZEISS Xradia Ultra 3D X-ray Microscopes

                ページ: 15
                ファイルサイズ: 6 MB
              • 3D Drill Core Scout and Zoom

                For Gold Mineralization Characterization

                ページ: 4
                ファイルサイズ: 1 MB
              • 3D X-ray Imaging in Life Science Research

                An Introduction to Capturing the 3D Structure of Biological Specimens Using X-rays

                ページ: 9
                ファイルサイズ: 3 MB
              • In situ 3D Imaging of Crack Growth in Dentin

                at the Nanoscale

                ページ: 6
                ファイルサイズ: 1 MB
              • In situ Uniaxial Compression

                Of Single Crystals of HMX explosive during 3D XRM Imaging

                ページ: 5
                ファイルサイズ: 988 KB

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