访谈|Arno Merkle博士谈动态显微CT的优势与应用

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发表时间:2024-11-25 14:27

引言:动态显微CT技术,能够捕捉样品内部的三维结构变化,为科研带来前所未有的视角。TESCAN如何扩展实验室中的动态实验能力?Arno Merkle博士,TESCAN Micro-CT产品市场总监,揭晓动态显微CT的创新应用和科学潜力。


动态显微CT(Micro-CT)是材料成像领域中最令人兴奋的表征手段之一,其利用X射线照射在进行360°匀速旋转的样品,获取二维的投影图像。通过对这些二维图像进行大量的计算和重构,生成样品的数字三维结构。TESCAN致力于为实验室提供动态显微CT分析能力,我们开发了新的硬件和软件,可以更轻松地促进此类与时间相关的研究,从而扩大了可以在实验室中进行的动态实验的范围。


以下为材料科学界的知名网站AZoNetwork对TESCAN Micro-CT 产品市场总监Arno Merkle博士的专访内容。


地球科学是从该技术中受益的其中一门学科,您能提供一些他们感兴趣的应用示例吗?

无论是在环境地质,工程地质,自然资源,石油工程还是地球动力学等子领域,我们都遇到了许多利用动态CT的有趣应用案例。例如,岩石在压缩载荷下的断裂动力学,多孔岩石中的两相和三相流,沉积物中的压实以及矿化/溶解过程,最令人兴奋的是能够可视化和分析不稳定多相流中的变化。在不使用动态CT的情况下,研究人员只能对处于平衡状态的液体进行成像。换句话说,当不同的液体最初相互交互时,他们实际上只能看到交互的后果,而不会看这种交互的过程中到底发生了什么。



在被TESCAN收购之前,XRE NV已经积累了多年的显微CT成像专业知识,构建了定制化的系统。您能否与我们介绍一些独特的设计,并分享这些设计的实际应用价值?

我们开发的最受认可的系统是DynaTOM,核心是独特的基于龙门架结构的旋转系统。它是一个完全创新的设计,能够完全避免样品的旋转,并且优化了采集时间(低至<10秒)并保持足够的空间分辨率,从而满足原位实验的需求。除了DynaTOM 的独特设计之外,我们所有系统的设计都针对原位应用的特殊性进行优化,并考虑原位环境干扰下的稳定性和应用的灵活性,其中包括高精度和高自由度的工作台,从而实现能够对任意几何形状尺寸的样品进行检测。我们还构建了扩展系统,满足与第三方设备进行通信和适应的需求,其中包括了各类原位设备和检测器。在操作性方面,高级用户可以通过我们的采集软件获得Micro-CT系统及外设的原位设备的控制权——这样就提供了几乎无限的可拓展性。而对非专家用户而言,友好、易操作则是他们更需要的,我们很好的平衡了这一点。



从操作和分析的角度来看,用户界面和软件需要将海量数据集整合在一起,这至关重要。您的软件有哪些功能?它的灵活性如何?

我们的软件平台可完全控制我们的显微CT系统进行3D和4D数据集的采集,实现重建和基本可视化。我们认为良好的用户体验是能够在同一个公共环境中体验3D和4D工作流程,并且能够将采集、重建和可视化工作有效地连接起来。例如,我们能够进行快速调查采集、快速重建和可视化,然后(通过视觉)寻找、识别感兴趣的子体积——以便以更高的分辨率或更多的细节进行后续扫描。一旦标记了这些区域,软件便可以将坐标发送回我们的采集界面,并以高度集成的方式在所需区域进行无缝采集。我们称此方法为“感兴趣扫描体积”,即“VOIS”(Volume Of Interest Scanning),并且我们已经以最直观的方式构建了此方法,这是其它商业解决方案无法比拟的。我们还提供了一些工具,可轻松设置复杂的动态采集,处理动态CT数据集并以直观的方式可视化。



目前同步加速器是唯一能进行您定义的动态CT实验的解决方案。鉴于使用这些设施可能很困难,您是否将您的系统视为它的有效筛选工具?

同步加速器提供了惊人的功能,并在许多领域远远超出了实验室系统可以完成的范畴。但是,由于使用这些设施受到限制,研究人员通常一年只能访问1到2次。我们坚信,研究人员通过在实验室中使用动态CT进行类似实验,可以优化实验工作流程,更好的发挥同步加速器的宝贵机时。我们预计在未来,实验室系统和同步加速器之间的这种共生关系会进一步增长。



您还进行了很多的“科普性”研究,这些研究有效地展示了动态CT的适用性。您能和我们聊聊这些吗?

一些“科普性”研究由于其学科的相关性而受到了一些关注。事实上,在这些领域的背后都有强大的科学基础和群体。


例如,在植物科学中,我们研究了水芹种子的早期萌发过程,如下面的视频链接所示。土壤中自由基的出现,以及叶子的发芽,只是触及了我们希望在植物科学中探索的表面:

视频4:种子发芽的动态成像




在炎热的夏天,几乎每个人都喜欢吃一份美味的卷筒冰淇淋。本着这种精神,我们在DynaTOM里放入了一个正在融化的卷筒冰淇淋进行研究,在那里可以很容易地看到其变化过程。这只是我们在食品科学中探索的众多例子中的一个,在这些例子中,质地和结构的变化对产品质量和消费者的口味体验有直接的影响。

视频5:食品科学 - 冰淇淋融化动态过程



下面的视频显示了溶于水的维生素药丸,很多人都能想到,这是制药行业可以用动态CT进行给药相关研究领域的典型。研究药物与液体环境的相互作用是控制药效和优化药效的关键步骤。

视频6:制药 - 多维生素片的溶化过程



关于Arno Merkle博士

Arno Merkle,西北大学 (Northwestern University,美国伊利诺伊州埃文斯顿)材料科学与工程系博士,已经在电子显微镜和X射线显微镜行业工作10多年,主要担任细分市场和产品营销的领导角色。TESCAN收购比利时的Micro CT技术公司XRE后,他于2018年初加入TESCAN, 现任Micro-CT产品市场总监,负责TESCAN Micro CT产品线的全球业务发展活动。

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如对动态显微CT技术感兴趣,或者想要了解更多关于TESCAN Micro-CT产品的信息,可访问TESCAN的官方网站:https://info.tescan.com/micro-ct