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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。最も高頻度で使用されるアプリケーションにおいて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。

本来の環境下における非破壊イメージング
空間分解能が50 nm、ボクセルサイズ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
測定したナノ構造を定量化し、得られたデータをモデリングのインプットとして使用可能
ハードマテリアル・ソフトマテリアルの研究

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本来の環境下で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（FIB-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までの分解能と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。

卓越したコントラストと画質を実現

サンプル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により、高度なコントラストと画質でディテールを明らかにします。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決して得られない特徴を観察できます。
Xradia 810 UltraおよびXradia 800 Ultraは、最も高頻度で使用されるアプリケーション向け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：松の木の葉の2D再構築スライス。ゼルニケ位相差（ZPC）モード（左）と吸収コントラスト（右）}

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撮影。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（例えば、ZEISS Xradia Versa、ZEISS Crossbeam、分析用装置）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撮影。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分解能を達成し、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：

ナノスケール分解能の3Dトモグラフィデータセット
画質の向上
集束効率
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、高解像度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。

シンクロトロン応用型アーキテクチャのメリット

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撮像
特許取得済みのナノ加工技術（US 8526575 B1およびUS 9640291 B2）により、最高の分解能と集光効率を誇るフレネルゾーンプレートなどの光学系が、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・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成

アプリケーション

材料科学、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。

その他のアプリケーション例はこちら

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）。

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。

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。

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。

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）

エレクトロニクス

銅のマイクロバンプおよび配線の可視化、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。

地球科学

シェールロックの構成相へのセグメンテーション。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）。

アクセサリ

試料厚さと透過率で分類されたin situテスト用のイメージングの分解能（概算値）。 — 試料厚さと透過率で分類された*in situ*テスト用のイメージングの分解能（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分解能で非破壊的に3D構造のイメージングを行うことが可能になります。

本来の環境下で試料をin situ観察

変形現象や破壊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に関する知見を手に入れましょう。既存の機械的テスト法を補完することで、マルチスケールにおいて挙動に関する洞察が得られます。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向けNorcada Heating/Biasing Stage

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。

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 FIB-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ROI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。fs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、FIB-SEM機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で撮像した固体酸化物形燃料電池。試料ご提供：Colorado School of Mines, US — 試料ご提供：Colorado School of Mines, US
Xradia Ultraで撮像した固体酸化物形燃料電池。

Xradia Ultraで撮像した固体酸化物形燃料電池。試料ご提供：Colorado School of Mines, US 試料ご提供：Colorado School of Mines, US — 試料ご提供：Colorado School of Mines, US
Xradia Ultraで撮像した固体酸化物形燃料電池。

可視化・解析ソフトウェア：ZEISSが推奨するDragonfly Pro

ORS Dragonfly Proは、X線、FIB-SEM、SEMなどの様々な技術を用いて取得した3Dデータに対し、高度な解析およびビジュアライゼーションが行えるソフトウェアソリューションです。ORS Dragonfly Proは、大型3Dグレースケールデータの可視化・解析に対応する、直感的で完全かつカスタム可能なツールキットで、ZEISSが独占的に提供しています。Dragonfly Proでは、3Dデータのナビゲーション、アノテーション、ビデオ制作を含むメディアファイルを作成できます。画像処理、セグメンテーション、オブジェクト解析を行い、結果を定量化します。

詳しく見る

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、スカウティング、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™コントロールシステムは、サンプルとスキャンのセットアップを合理化し、生産性を向上させます。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、同一サンプルの複数回スキャンによってさまざま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。