Laboratoř XUV

Vědecko-výzkumná laboratoř týmu Interakce XUV záření s biologickými objekty

Laboratoř XUV je vědecko-výzkumná laboratoř se zaměřením na vývoj a charakterizaci laboratorních zdrojů měkkého rentgenového záření a jejich aplikace ve spektroskopii a zobrazování biologických struktur. Měkké rentgenové záření (angicky soft X-ray, zkracováno SXR) v oblasti může být díky svým vlastnostem použito např. pro zobrazení sub-buněčných struktur s velmi vysokým rozlišení v řádů desítek nanometrů. SXR mikroskopy obvykle pracují ve spektrální oblasti „vodního okna“ ve vlnová délka (2,4 nm až 4,4 nm). Biologické vzorky není nutné speciálně připravovat ani používat fluorescenční značky pro získání kontrastu, protože ten je získán absorpcí rentgenových paprsků vzorkem. Jeden ze směrů výzkumu naší skupiny je vývoj a optimalizace a aplikací dvou typů laboratorního zdroje SXR – plazma pulzního silnoproudého pinčujícího výboje a laserové plazma buzené v pulzní plynové trysce. V této laboratoři byla také vyvinuta nová aplikace laboratorního zdroje SXR založeného na laserovém plazmatu. Velmi krátké SXR impulzy slouží jako excitační zdroj pro časově rozlišenou spektroskopii scintilátorů. Tato unikátní metoda poskytuje cenná data využívaná při vývoji moderních detektorů ionizujícího záření pro biomedicínu. V současné době řešíme tato témata:

• Vývoj laboratorního SXR mikroskopu
• Zobrazování živých buněčných struktur pomocí XUV
• Charakterizace materiálů pro scintilační detektory

Témata výzkumu

V laboratoři řešíme několik výzkumných témat.

Vývoj laboratorního SXR mikroskop

Ve skupině jsme vyvinuli kompaktní stolní transmisní XUV mikroskop, pracující v oblasti vodního oknem založený na kapilárním plazmatickém zdroji se Z-pinčováním, který pracuje na vlnové délce 2,88 nm. Mikroskop umožňuje pořizovat snímky vzorku se 190× a 400× zvětšením s prostorovým rozlišením 75 nm. Toto rozlišení je komplementární zobrazovací techniku mezi konvenčními světelnými mikroskopy a transmisními elektronovými mikroskopy. Mikroskop umožňuje zobrazování relativně silné vzorky (do 10 µm) a nevyžaduje fluorescenční markery ani jiné značení a neovlivňuje morfologii vzorku.

Zobrazování živých buněčných struktur pomocí XUV

Mikroskopy SXR jsou velmi vhodné pro zobrazování malých vzorků biologických vzorků. V oblasti vodního okna (vlnová délka 2,3 až 4,4 nm) je velmi velký rozdíl mezi transmisí proteinů a vody. Téměř veškeré záření SXR je absorbováno v proteinech, zatímco voda zůstává pro toto záření. Tento rozdíl v transmisi umožňuje zobrazovat malé živé struktury ve vodním prostředí.

Charakterizace materiálů pro scintilační detektory

Společně s Fyzikálním ústavem AV ČR a společností CRYTUR, spol. s r.o pomáháme vyvíjet nové výrobky: rychlé scintilační monokrystaly a detektory ionizujícího záření do náročných provozních podmínek. Jde o materiály a detektory pro aplikace s vysokou úrovní radiace, jako je monitoring průmyslových zařízení využívajících svazky nabitých částic a interakcí v laserových a částicových experimentech.  U těchto aplikací je požadavek na použití scintilátoru s rychlou scintilační odezvou v řádu desítek nanosekund. Na FBMI využíváme SXR jako excitačního zdroje pro studium scintilace materiálů.

• 

• 

• 

• 

Vybavení laboratoře

Publikace, spoluptáce a řešené projekty

Vybrané publikace

• Parkman, T., Nevrkla, M., Jančárek, A., Turňová, J., Pánek, D., & Vrbová, M. (2020). Table-Top Water-Window Microscope Using a Capillary Discharge Plasma Source with Spatial Resolution 75 nm. Applied Sciences, 10(18), 6373.
• Salačová, Š., Wachulak, P., Tatíček, M., & Vrbová, M. (2019). Gas-Puff Target For Laser-Producing Plasma Sxr Source. Acta Polytechnica, 59(6), 587-592.
• Prusa, P., Kučera, M., Babin, V., Bruza, P., Parkman, T., Panek, D., … & Pokorny, M. (2018). Tailoring and optimization of LuAG: Ce epitaxial film scintillation properties by Mg co-doping. Crystal Growth & Design, 18(9), 4998-5007.
• Wachulak, P., Torrisi, A., Ayele, M., Czwartos, J., Bartnik, A., Węgrzyński, Ł., … & Odstrčil, M. (2017). Bioimaging using full field and contact EUV and SXR microscopes with nanometer spatial resolution. Applied Sciences, 7(6), 548
• Nawaz, M. F., Nevrkla, M., Jancarek, A., Torrisi, A., Parkman, T., Turnova, J., … & Wachulak, P. (2016). Table-top water-window soft X-ray microscope using a  Z-pinching capillary discharge source. Journal of Instrumentation, 11(07), P07002.

Spolupráce

Laboratoř spolupracuje se špičkovými pracovišti v České republice i v zahraničí. Mezi naše domácí spolupracovníky patři Fyzikální ústav AV ČR, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT,. V zahraničí spolupracujeme vědci v Brown University, USA as Institute of Optoelectronics, Military University of Technology, Posko.

Řešené projekty

Laboratoř se podílí nebo podílela na řešení těchto projektů:

• TAČR: Rychlé detektory do náročných provozních podmínek (2020 – 2023)
• GAČR: Impulzní zdroj měkkého rentgenového záření pro biomedicínské aplikace, (2012 – 2014)
• MŠMT: Rozvoj výzkumného týmu BIO-OPT-XUV na FBMI ČVUT (2011 – 2014)

Kontakty