Tanto en ciencia de materiales como en investigación biomédica es importante poder ver nanoestructuras diminutas, por ejemplo en materiales y huesos de fibra de carbono. Un equipo de la Universidad Técnica de Munich TUM, la Universidad de Lund, el hospital Chariteen Berlín y el Instituto Paul Scherrer PSI han desarrollado un nuevo método de tomografía computarizada basado en la dispersión, más que en la absorción, de los rayos X. La técnica permite por primera vez visualizar nanoestructuras en objetos que miden solounos pocos milímetros, lo que permite a los investigadores ver la estructura tridimensional precisa de las fibras de colágeno en un diente humano.
En principio, la tomografía computarizada de rayos X TC ha existido desde la década de 1960: se toman imágenes de rayos X de un objeto desde varias direcciones, y una computadora usa las imágenes individuales para generar una imagen tridimensional delobjeto. El contraste es producido por la absorción diferencial de rayos X en materiales diferentes. Sin embargo, el nuevo método, desarrollado por Franz Pfeiffer, profesor de Física Biomédica en TUM y su equipo utiliza la dispersión de rayos X en lugar de su absorción.Los resultados ya han sido publicados en la revista Naturaleza .
La dispersión proporciona imágenes detalladas de nanoestructuras
Teóricamente, los rayos X actúan como luz con una longitud de onda muy corta. Este principio se encuentra en el corazón del nuevo método: cuando se ilumina una luz sobre un objeto estructurado, por ejemplo, un CD, la luz reflejada produce un patrón de arco iris característicoAunque los surcos finos en el CD no se pueden ver directamente, la difracción de los rayos de luz, conocida como dispersión, revela indirectamente la estructura del objeto.
Se puede observar el mismo efecto con los rayos X, y es este fenómeno el que los investigadores aprovechan en su nueva técnica. La ventaja de los rayos X sobre la luz visible es que pueden penetrar en los materiales, proporcionando asíinformación detallada sobre la estructura interna de los objetos. Los investigadores ahora han combinado esta información tridimensional de rayos X dispersos con tomografía computarizada TC.
Los métodos convencionales de CT calculan exactamente un valor, conocido como vóxel, para cada punto de imagen tridimensional dentro de un objeto. La nueva técnica asigna múltiples valores a cada vóxel, a medida que la luz dispersa llega desde varias direcciones ". Gracias a estoinformación, podemos aprender mucho más sobre la nanoestructura de un objeto que con los métodos convencionales de TC. Al medir indirectamente los rayos X dispersos, ahora podemos visualizar estructuras diminutas que son demasiado pequeñas para la resolución espacial directa ", Franz Pfeifferexplica
Vista interna de un diente
Para fines de demostración, los científicos examinaron un pedazo de diente humano que mide alrededor de tres milímetros. Una gran parte de un diente humano está hecho de la sustancia dentina. Consiste principalmente en fibras de colágeno mineralizadas cuya estructura es en gran parte responsable de las propiedades mecánicas dediente. Los científicos ahora han visualizado estas pequeñas redes de fibra.
Se tomaron un total de 1,4 millones de imágenes dispersas, con la luz dispersa llegando desde varias direcciones. Las imágenes individuales se procesaron luego usando un algoritmo especialmente diseñado que construye una reconstrucción completa de la distribución tridimensional de los rayos dispersos paso a paso"Nuestro algoritmo calcula la dirección precisa de la información de dispersión para cada imagen y luego forma grupos que tienen la misma dirección de dispersión. Esto permite reconstruir con precisión las estructuras internas", dice Martin Bech, ex postdoc en el TUM y ahora profesor asistente enla universidad de Lund.
Utilizando este método, fue posible ver claramente la orientación tridimensional de las fibras de colágeno dentro de una muestra de este tamaño por primera vez. Los resultados están de acuerdo con el conocimiento previamente obtenido sobre las estructuras de secciones delgadas ". AEl sofisticado método CT es aún más adecuado para examinar objetos grandes. Sin embargo, nuestro nuevo método permite visualizar estructuras en el rango de nanómetros en objetos de tamaño milimétrico con este nivel de precisión por primera vez ", dice Florian Schaff, autor principal deel papel.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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