訪談|Arno Merkle博士談動(dòng)態(tài)顯微CT的優(yōu)勢與應(yīng)用

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發(fā)表時(shí)間：2024-11-25 14:27

引言：動(dòng)態(tài)顯微CT技術(shù)，能夠捕捉樣品內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)變化，為科研帶來前所未有的視角。TESCAN如何擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)室中的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?？Arno Merkle博士，TESCAN Micro-CT產(chǎn)品市場總監(jiān)，揭曉動(dòng)態(tài)顯微CT的創(chuàng)新應(yīng)用和科學(xué)潛力。

動(dòng)態(tài)顯微CT（Micro-CT）是材料成像領(lǐng)域中最令人興奮的表征手段之一，其利用X射線照射在進(jìn)行360°勻速旋轉(zhuǎn)的樣品，獲取二維的投影圖像。通過對(duì)這些二維圖像進(jìn)行大量的計(jì)算和重構(gòu)，生成樣品的數(shù)字三維結(jié)構(gòu)。TESCAN致力于為實(shí)驗(yàn)室提供動(dòng)態(tài)顯微CT分析能力，我們開發(fā)了新的硬件和軟件，可以更輕松地促進(jìn)此類與時(shí)間相關(guān)的研究，從而擴(kuò)大了可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的范圍。

以下為材料科學(xué)界的知名網(wǎng)站AZoNetwork對(duì)TESCAN Micro-CT 產(chǎn)品市場總監(jiān)Arno Merkle博士的專訪內(nèi)容。

地球科學(xué)是從該技術(shù)中受益的其中一門學(xué)科，您能提供一些他們感興趣的應(yīng)用示例嗎？

無論是在環(huán)境地質(zhì)，工程地質(zhì)，自然資源，石油工程還是地球動(dòng)力學(xué)等子領(lǐng)域，我們都遇到了許多利用動(dòng)態(tài)CT的有趣應(yīng)用案例。例如，巖石在壓縮載荷下的斷裂動(dòng)力學(xué)，多孔巖石中的兩相和三相流，沉積物中的壓實(shí)以及礦化/溶解過程，最令人興奮的是能夠可視化和分析不穩(wěn)定多相流中的變化。在不使用動(dòng)態(tài)CT的情況下，研究人員只能對(duì)處于平衡狀態(tài)的液體進(jìn)行成像。換句話說，當(dāng)不同的液體最初相互交互時(shí)，他們實(shí)際上只能看到交互的后果，而不會(huì)看這種交互的過程中到底發(fā)生了什么。

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在被TESCAN收購之前，XRE NV已經(jīng)積累了多年的顯微CT成像專業(yè)知識(shí)，構(gòu)建了定制化的系統(tǒng)。您能否與我們介紹一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)，并分享這些設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值？

我們開發(fā)的最受認(rèn)可的系統(tǒng)是DynaTOM，核心是獨(dú)特的基于龍門架結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。它是一個(gè)完全創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，能夠完全避免樣品的旋轉(zhuǎn)，并且優(yōu)化了采集時(shí)間（低至<10秒）并保持足夠的空間分辨率，從而滿足原位實(shí)驗(yàn)的需求。除了DynaTOM 的獨(dú)特設(shè)計(jì)之外，我們所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都針對(duì)原位應(yīng)用的特殊性進(jìn)行優(yōu)化，并考慮原位環(huán)境干擾下的穩(wěn)定性和應(yīng)用的靈活性，其中包括高精度和高自由度的工作臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)能夠?qū)θ我鈳缀涡螤畛叽绲臉悠愤M(jìn)行檢測。我們還構(gòu)建了擴(kuò)展系統(tǒng)，滿足與第三方設(shè)備進(jìn)行通信和適應(yīng)的需求，其中包括了各類原位設(shè)備和檢測器。在操作性方面，高級(jí)用戶可以通過我們的采集軟件獲得Micro-CT系統(tǒng)及外設(shè)的原位設(shè)備的控制權(quán)——這樣就提供了幾乎無限的可拓展性。而對(duì)非專家用戶而言，友好、易操作則是他們更需要的，我們很好的平衡了這一點(diǎn)。

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從操作和分析的角度來看，用戶界面和軟件需要將海量數(shù)據(jù)集整合在一起，這至關(guān)重要。您的軟件有哪些功能？它的靈活性如何？

我們的軟件平臺(tái)可完全控制我們的顯微CT系統(tǒng)進(jìn)行3D和4D數(shù)據(jù)集的采集，實(shí)現(xiàn)重建和基本可視化。我們認(rèn)為良好的用戶體驗(yàn)是能夠在同一個(gè)公共環(huán)境中體驗(yàn)3D和4D工作流程，并且能夠?qū)⒉杉?、重建和可視化工作有效地連接起來。例如，我們能夠進(jìn)行快速調(diào)查采集、快速重建和可視化，然后（通過視覺）尋找、識(shí)別感興趣的子體積——以便以更高的分辨率或更多的細(xì)節(jié)進(jìn)行后續(xù)掃描。一旦標(biāo)記了這些區(qū)域，軟件便可以將坐標(biāo)發(fā)送回我們的采集界面，并以高度集成的方式在所需區(qū)域進(jìn)行無縫采集。我們稱此方法為“感興趣掃描體積”，即“VOIS”（Volume Of Interest Scanning），并且我們已經(jīng)以最直觀的方式構(gòu)建了此方法，這是其它商業(yè)解決方案無法比擬的。我們還提供了一些工具，可輕松設(shè)置復(fù)雜的動(dòng)態(tài)采集，處理動(dòng)態(tài)CT數(shù)據(jù)集并以直觀的方式可視化。

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目前同步加速器是唯一能進(jìn)行您定義的動(dòng)態(tài)CT實(shí)驗(yàn)的解決方案。鑒于使用這些設(shè)施可能很困難，您是否將您的系統(tǒng)視為它的有效篩選工具？

同步加速器提供了驚人的功能，并在許多領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)可以完成的范疇。但是，由于使用這些設(shè)施受到限制，研究人員通常一年只能訪問1到2次。我們堅(jiān)信，研究人員通過在實(shí)驗(yàn)室中使用動(dòng)態(tài)CT進(jìn)行類似實(shí)驗(yàn)，可以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)工作流程，更好的發(fā)揮同步加速器的寶貴機(jī)時(shí)。我們預(yù)計(jì)在未來，實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)和同步加速器之間的這種共生關(guān)系會(huì)進(jìn)一步增長。

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您還進(jìn)行了很多的“科普性”研究，這些研究有效地展示了動(dòng)態(tài)CT的適用性。您能和我們聊聊這些嗎？

一些“科普性”研究由于其學(xué)科的相關(guān)性而受到了一些關(guān)注。事實(shí)上，在這些領(lǐng)域的背后都有強(qiáng)大的科學(xué)基礎(chǔ)和群體。

例如，在植物科學(xué)中，我們研究了水芹種子的早期萌發(fā)過程，如下面的視頻鏈接所示。土壤中自由基的出現(xiàn)，以及葉子的發(fā)芽，只是觸及了我們希望在植物科學(xué)中探索的表面:

視頻4：種子發(fā)芽的動(dòng)態(tài)成像

在炎熱的夏天，幾乎每個(gè)人都喜歡吃一份美味的卷筒冰淇淋。本著這種精神，我們?cè)贒ynaTOM里放入了一個(gè)正在融化的卷筒冰淇淋進(jìn)行研究，在那里可以很容易地看到其變化過程。這只是我們?cè)谑称房茖W(xué)中探索的眾多例子中的一個(gè)，在這些例子中，質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和消費(fèi)者的口味體驗(yàn)有直接的影響。

視頻5：食品科學(xué) - 冰淇淋融化動(dòng)態(tài)過程

下面的視頻顯示了溶于水的維生素藥丸，很多人都能想到，這是制藥行業(yè)可以用動(dòng)態(tài)CT進(jìn)行給藥相關(guān)研究領(lǐng)域的典型。研究藥物與液體環(huán)境的相互作用是控制藥效和優(yōu)化藥效的關(guān)鍵步驟。

視頻6：制藥 - 多維生素片的溶化過程

關(guān)于Arno Merkle博士

Arno Merkle，西北大學(xué) （Northwestern University，美國伊利諾伊州埃文斯頓）材料科學(xué)與工程系博士，已經(jīng)在電子顯微鏡和X射線顯微鏡行業(yè)工作10多年，主要擔(dān)任細(xì)分市場和產(chǎn)品營銷的領(lǐng)導(dǎo)角色。TESCAN收購比利時(shí)的Micro CT技術(shù)公司XRE后，他于2018年初加入TESCAN, 現(xiàn)任Micro-CT產(chǎn)品市場總監(jiān)，負(fù)責(zé)TESCAN Micro CT產(chǎn)品線的全球業(yè)務(wù)發(fā)展活動(dòng)。

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