Excillum--液態金屬靶X射線源

    Excillum公司位于瑞典都斯德哥爾摩，是家致力于研發、生產超高亮度微焦斑X射線光源的公司。經過十余年的研發與改進，Excillum掌握了進的液態金屬射流(MetalJet) X射線光源技術，這項新技術能夠帶來10倍于普通固體陽X射線光源所發射的X射線通量（在相同焦斑面積上）。正因為液態金屬射流能夠承受更高功率電子束的轟擊，因而可以得到更高的X射線通量，傳統微焦斑X射線發生器中的固體金屬陽正在被液態金屬射流所取代！

主要應用

成像	散射/衍射	光譜學/熒光性

產品點

主要參數 

操作視頻

技術介紹

1、 液態金屬射流(MetalJet) X射線光源比常規固體金屬陽光源能得到更高的X射線通量

常規固體金屬陽	液態金屬陽

2、功率負載能力

功率負載能力     所有電子轟擊型X射線發生器的X射線強度都受限于陽材料的熱量承載能力。在傳統固體陽技術中，為了避免陽損壞,其表面的工作溫度必須遠低于靶材的熔點，因此靶材的各種物理性質，如熔點、導熱系數等限制了電子束功率的范圍。液態金屬陽則大為不同，因為那些防止靶材熔化的措施都不須要了，這得益于靶材本身已處于熔化的狀態以及其不斷自再生的點。完好如初的液態靶材以接近100m/s的速度在腔體內循環。由于陽不斷地自再生，電子束對靶材的損壞將微乎其微。 *的亮度     某種程度上，微焦斑X射線發生器的功率承載能力大致與焦斑的直徑而不是面積成比例。因此，光源的亮度反比于焦斑的直徑。     通過將*的功率承載能力以及小的電子束焦斑相結合，液態金屬射流光源能夠在微米的焦斑上實現*的高亮度。

3、液態金屬的X射線光譜

為了得到不同的X射線發射譜線，我們使用了不同的金屬合金。對于代的MetalJet光源，其點在于靶材在室溫附近就已經熔化。但為了得到多樣的征譜線以代替現有的常規固體陽，在將來我們還將開發更多種類的合金材料，即使它們的熔點會更高。   鎵(Ga)合金     目前可選的有富含鎵(Ga)的合金。其Kα發射譜線能量為9.2keV, 對應波長約為1.35 Å, 類似于銅靶的Kα波長。   銦(In)合金     同樣可選的還有富含銦（In）的合金。其Kα發射譜線能量為24.2keV，對應波長約為0.51 Å，類似于銀靶的Kα波長

4、焦斑質量和尺寸

焦斑質量     歸功于進的電磁聚焦、光路校正技術以及高亮度LaB6陰，高質量的電子束焦斑得以實現，將其與連續再生的光滑液態靶材表面相結合，整個光源便能產生超高質量的X射線焦斑。     可調的尺寸     焦斑的尺寸與高寬比均可被自由調整

5、光源的穩定性

光源有著相當高的空間穩定性。圖為附加在光源上的針孔相機所拍攝的焦點位置分布圖，如其所示焦斑在24小時內距中心的標準偏差在0.1μm以下。

部分應用案例

    瑞典Excillum直致力于研發、生產超高亮度微焦斑X射線光源。經過十余年的研發與改進，Excillum掌握了進的液態金屬射流(MetalJet) X射線光源技術，這項新技術可以在散射/衍射、X射線光譜學/熒光學、X射線成像等應用域實現多方位應用。

■  散射/衍射

1. 生物學

    南洋理工大學(Nanyang Technical University)、A*STAR、路易斯維爾大學(University of Louis-ville)、羅莎琳德富蘭克林醫藥科學大學(Rosalind Franklin University of Medicine and Science)和慶熙大學(Kyung Hee University)的研究人員用配備了SAXS的MetalJet儀器，研究了Bcl- xL蛋白。蛋白質在使用溫和的洗滌劑處理后研究了由螺旋α6-α8兩單體之間的三維區域交換產生的二聚體的形成。

[Ref.] Sci. Rep. 5, 10609 (2015), S. Rajan, M. Choi, Q. T. Nguyen, H. Ye, W. Liu, H. T. Toh, C. B.Kang, N. Kamariah, C. Li, H. Huang, C. White, K. Baek, G. Gru?ber, H. S. Yoon

2. 小分子晶體學

    錫（IV）化合物由于其生物活性而成為潛在的催化劑和藥物。為了理解這些化合物，蒙爾大學、契克安塔-迪奧普大學和勃艮第大學的研究者們使用金屬射流X射線源(MetalJet)測定了50 μm [Sn(C₂O₄)Cl₃(H₂O)].(C₄H₇N₂)晶體的晶體結構。

•  晶粒尺寸: 0.05 x 0.04 x 0.04 mm³ •R1 = 6.2%

[Ref.] Acta Cryst. 2015. E71, 520–522, M. B. Diop, L. Diop, L. Plasseraud, T. Maris

■  X射線光譜學/熒光學

1.基于金屬射流源的高精度Maia Mapper實驗室X射線熒光成像系統

    Maia探測器陣列初用于同步加速器高分辨率x射線熒光成像。目前，由于金屬射流x射線源的高亮度、嚴格的發射調節和良好的光譜擬合，這項技術也可以在緊湊的實驗室中使用。

    MetalJet源配有X射線透鏡的可以給出確定空間分辨率的32?µm焦距，它用長距離的平移階段，可以  對樣品進行大面積的高分辨率掃描。由于高亮度金屬射流x射線源和光學中的高通量增益，使曝光時間保持在較低水平。

    巖心樣品的例子顯示了該方法同時識別多種元素的潛力，圖中有涉及鈣、鐵、錳、銣、鍶和金。

RGB圖像如圖所示，分別為Ca-Fe-Mn (a)和Rb-Sr-Mn (b)，其中Au-Fe-Ca圖像的插圖突出了區域內的細節，并帶有罕見的顆粒和光譜。

[Ref.] C.G. Ryan, et al., “Maia Mapper: high de?nition XRF imaging in the lab”, J. Instrum. (2018).

2. 具有光譜匹配納米顆粒的高空間分辨率X射線熒光層析成像

    通過將多層Montel反射鏡對準金屬射流源，可以產生具有低發散的半單色100微米窄光束。這是在斯德哥爾摩皇jia理工學院實施的，目的是用光束作為激發物，對小鼠進行X射線熒光成像。作為對比劑，向小鼠注射鉬納米粒子，這些鉬納米粒子被動地針對腫瘤，但也出現在其他器官中。

    該裝置在樣品后面有個探測器，用于測量透射，在側面有個探測器，用于測量熒光，以及放置在運動臺上的物體。物體的平移和旋轉允許通過逐點采集進行斷層掃描，然后進行迭代重建，以獲得鼠標中納米顆粒的定量三維分布。本實驗具有采集時間短、輻射劑量小、納米粒子劑量小等點，使體內實驗成為可能。

同時獲得常規CT三維重建與x射線熒光信號的疊加。這些圖像顯示了只離體小鼠及其器官中的納米顆粒濃度。該方法所提供的定量結果與電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)測量結果吻合較好。

[Ref.] C. Larsson, et al., “High-spatial-resolution x-ray fluorescence tomography with spectrally matched nanoparticles”, Phys. Med. Biol. (2018).

3. 基于液態金屬射流源的共聚焦微x射線熒光光譜

    個帶有聚焦光學的裝置同時用于用于激勵和檢測，并且在共焦排列中，允許三維光譜成像，因為熒光和光學的綜合效益變得非常低，這類實驗傳統上是在同步加速器上進行的。當在傳統的固體陽源上進行時，典型樣品的掃描時間往往是幾天甚至幾周。

    德國柏林工業大學的研究人員正在研究共焦微X射線熒光光譜。該裝置基于配備X射線聚焦透鏡光學器件的金屬射流源。將9.25和10.27 kev下的鎵發射線聚焦到31µm的焦點上，該焦點用于激發樣品中的X射線熒光。熒光由第二個聚焦透鏡收集并用分光計檢測。實例表明，該器件為系列元件提供了高空間分辨率和高對比度靈敏度。

虛擬的片小米種子的共聚焦x射線熒光圖像。顏色顯示元素的濃度。立體像素大小33x37x37 µm³

[參考] L. Bauer, et al., “Confocal micro-X-ray fluorescence spectroscopy with a liquid metal jet source”, J. Anal. At. Spectrom. (2018).

■  X射線成像

1. 基于高分辨率傳播的小動物肺部活體動態計算機斷層成像系統

    通過在250W和15μm光斑尺寸下操作metaljet D2+，已經證明相襯層析成像可用于活體小鼠的動態成像。在澳大亞進行的研究工作中，時間分辨計算機斷層掃描被用來成像小鼠肺部的通氣情況。平板探測器只需18 ms的曝光時間就可獲得投影，從而在32 s內進行完整的斷層掃描。這些非常短的曝光時間和受控的呼吸，使得直徑小于55-60微米的小氣道能夠動態成像。這種高質量的肺部動態成像能夠確定肺部功能，甚至在區域層面上。此外，高質量的動態CT在醫學上還有許多其他的應用。

活體小鼠的時間分辨計算機斷層掃描（A）寫區域（B）顯示了解剖征。該方法顯示了0小時機械通氣（c）-（e）和2小時（f）-（h）后肺部空氣體積的差異

[Ref.] Image reprinted from M. Preissner et al., “High resolution propagation-based imaging system for in vivo dynamic computed tomography of lungs in small animals”, Phys. Med. Biol. (2018).

2. X射線顯微術

    使用X射線光學是獲得限分辨率的成熟方法。這種成像技術是自多年來在同步加速器上進行的，因為它們可以提供高亮度的單色光束。近幾十年來，以實驗室光源為基礎的光學X射線顯微鏡已經上市，X射線光學限制了光譜的帶寬，因此需要高亮度和相對單色的X射線源。傳統的實驗室X射線顯微鏡通常使用大功率旋轉陽源。這種裝置的缺點是高通量損失，因為光學器件的接受角將嚴格限制哪些輻射可以變得有用。種金屬射流X射線源提供了個尖銳的，高強度的Kα線，從個小焦點發射鎵，使相當大比例的通量在光學裝置中有用。這種更高的亮度使廣泛的應用也可能在緊湊型光源上。

 高分辨率光學x射線顯微鏡原理圖

用基于液態金屬射流MetalJet D2源的X射線顯微鏡，可以分辨出西門子星狀測試圖內部的周期性線狀，線狀和間隔為150 nm。以菲涅耳波帶片為物鏡拍攝。

[Ref.]C. Fella, et al., “Hybrid setup for micro- and nano-computed tomography in the hard X-ray range”, Rev. Sci. Instrum. (2017);

測試數據

1、 散射/衍射

? 小角度X射線散射（SAXS）—金屬材料和膠體 

斯洛伐克科學院和斯洛伐克理工大學納米診斷中心的研究人員在種應變儀上進行原位測試，由SAXS監控，其中液態金屬射流的高亮度允許進行非?？斓臄祿占?，具有10秒的時間分辨率。 

? 小角度X射線散射（SAXS）—生物學

研究人員用配備了SAXS的MetalJet儀器，研究了Bcl- xL蛋白。蛋白質在使用溫和的洗滌劑處理后研究了由螺旋α6-α8兩單體之間的三維區域交換產生的二聚體的形成。 

2、X射線光譜學/熒光學

? 基于液態金屬射流源（MetalJet）的HAXPES-Lab

(a) 用于晶體管和二管制造的單氧化物結構 (b-f) 用HAXPES-Lab儀器測量核心層。

3、X射線成像

? 相位對比成像 

個簡單的例子，說明通過物體的相移如何擾動波前。波前不能直接測量，但在這里轉換成段距離的強度變化。對比度來自吸收和相位。相移帶來的邊緣增強在所有輪廓上都很明顯。

國內部分用戶單位

    都師范大學、復旦大學、中科院上海有機化學研究所、南京大學、西北大學、華南理工大學、中科院福建物質結構研究所、香港大學、中山大學，上?？萍即髮W......