Vědci dali rentgenu „smysl pro směr“: Nová metoda odhaluje neviditelné nanostruktury v materiálech i zubech

Mezinárodní tým vědců pod vedením Helmholtzova centra Hereon vyvinul novou rentgenovou metodu, která dokáže zviditelnit orientaci drobných vnitřních struktur, takzvaných nanostruktur. To je možné i v případech, kdy jsou tyto struktury příliš malé na přímé zobrazení.

Mezinárodní tým vědců pod vedením Helmholtzova centra Hereon vyvinul novou rentgenovou metodu, která dokáže zviditelnit orientaci drobných vnitřních struktur, takzvaných nanostruktur. To je možné i v případech, kdy jsou tyto struktury příliš malé na přímé zobrazení. Tato inovativní technika otevírá nové možnosti pro detailní zkoumání materiálů a biologických tkání.

Tradiční rentgenové zobrazování vytváří obraz na základě různého útlumu rentgenových paprsků v těle. Pro detailnější analýzu materiálů nebo biologických tkání se používají pokročilé techniky, jako je například zobrazování v temném poli. Tato metoda využívá skutečnosti, že rentgenové paprsky se rozptylují na vnitřních rozhraních a nepravidelnostech. Dosud však tato technika dokázala pouze potvrdit existenci těchto struktur, nikoli však jejich prostorové uspořádání.

Nově vyvinutá metoda, nazvaná směrová projekce v temném poli, tento nedostatek napravuje. Vědci nyní dokážou vyhodnocovat rozptyl rentgenových paprsků v závislosti na směru. To umožňuje určit, jak jsou nanostruktury uspořádány, a to pixel po pixelu, hluboko pod hranicí rozlišení. Experimentální řešení je překvapivě jednoduché a lze jej s minimálním úsilím přizpůsobit stávajícímu vybavení: dodatečné clony v dráze paprsku zajišťují, že vzorek je postupně osvětlován z různých úhlů. Kombinací několika snímků je pak možné rekonstruovat orientaci vnitřních struktur.

Metoda byla testována ve výzkumném centru DESY v Hamburku, kde PETRA III poskytuje intenzivní a zaostřené rentgenové záření. Tým zde zkoumal mimo jiné nanoporézní křemík a lidskou zubní sklovinu s poruchami mineralizace. Ukázalo se, že dokáže změřit orientaci nanokrystalů zubní skloviny, které jsou velké jen několik desítek nanometrů. Je obzvláště citlivá na struktury v rozsahu 30 až 70 nanometrů, kde se nedestruktivní zkoumání pomocí konvenčních zobrazovacích technik stává obtížným.

Dodatečné informace o orientaci nanostruktur jsou klíčové v mnoha oblastech. V materiálovém výzkumu určují stabilitu, vodivost nebo odolnost materiálu, například u porézních kovů, funkčních nanomateriálů nebo při výzkumu baterií. V biomedicíně poskytují indikace, jak se patologické změny projevují na nanorozměrové úrovni, například v zubní sklovině nebo kostních strukturách. Tyto poznatky jsou zásadní pro vývoj funkčních materiálů a pro hlubší pochopení a optimalizaci procesů v moderních chemických reaktorech.