Non-invasive imaging of the crystalline structure within a human tooth

Egan, Christopher K.; Jacques, Simon D. M.; Michiel, Marco Di; Cai, Biao; Zandbergen, M.W.; Lee, Peter; Beale, Andrew M.; Cernik, Robert J.

doi:10.1016/j.actbio.2013.06.018

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“…Sie beruht auf dem selektiven Auftreten von Reflexen in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Netzebenen im Kristall. Bei Proben, die grçßer als der Strahl sind, verändert sich jedoch das beleuchtete Volumen bei einer Drehung,u nd verschiedene Te ile der Proben tragen zum Streusignal bei und "verschmieren" damit das Ergebnis.U nter bestimmten Umständen kann Rçntgenbeugung als tomographische Methode zur Bestimmung der Kristallorientierung verwendet werden, wie am Beispiel von Rçntgenkleinwinkelstreuung( SAXS) an Knochen [3] oder XRD an Zähnen [4] gezeigt wurde.D iese Methoden erfordern jedoch eine Rotation der Probe sowie einen beträchtlichen Rechenaufwand bei der Rekonstruktion und erreichen bei strukturell komplexen Proben schnell ihre Grenzen. [2] Die Herstellung von großen Rçntgenflächendetektoren ermçglichte die Entwicklung effizienter Messverfahren, bei denen gleichzeitig verschiedene Streuwinkel gemessen werden und dadurch zweidimensionale (2D-)Informationen erhalten werden kçnnen.…”

Section: Rçntgenbeugung (Xrd) Ist Eine Wertvolle Methode Zurunclassified

“…[4,15] Der Panzer des amerikanischen Hummers (Homarus americanus)b esteht aus helikoidal angeordneten Chitin-Faserlagen (Abbildung 4a), die hauptsächlich mit amorphem Calciumcarbonat mineralisiert sind. Beugungsbilder werden mit einem energieauflçsenden Flächendetektor gemessen;die 3D-Orientierung an jedem Messpunkt ist direkt aus dem energiedispersiven Bildstapel ableitbar.Umeinen großen Streuwinkelbereich abzudecken, wurde der Detektor verkippt.…”

Section: Rçntgenbeugung (Xrd) Ist Eine Wertvolle Methode Zurunclassified

“…Diese wird bei kleinen und homogenen Proben übli-cherweise durch eine Drehung im Strahl gewonnen. Bei Proben, die grçßer als der Strahl sind, verändert sich jedoch das beleuchtete Volumen bei einer Drehung,u nd verschiedene Te ile der Proben tragen zum Streusignal bei und "verschmieren" damit das Ergebnis.U nter bestimmten Umständen kann Rçntgenbeugung als tomographische Methode zur Bestimmung der Kristallorientierung verwendet werden, wie am Beispiel von Rçntgenkleinwinkelstreuung( SAXS) an Knochen [3] oder XRD an Zähnen [4] gezeigt wurde.D iese Methoden erfordern jedoch eine Rotation der Probe sowie einen beträchtlichen Rechenaufwand bei der Rekonstruktion und erreichen bei strukturell komplexen Proben schnell ihre Grenzen.…”

Section: Rçntgenbeugung (Xrd) Ist Eine Wertvolle Methode Zurunclassified

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Photonenenergie als dritte Dimension bei der Analyse der kristallographischen Textur

Grünewald¹,

Rennhofer²,

Tack³

et al. 2016

Angewandte Chemie

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Die herkömmliche Bestimmung der Kristallvorzugsorientierung (kristallographische Textur) beruht auf Röntgenbeugung mit Flächendetektoren und 2D‐Daten. Echte, ortsaufgelöste 3D‐Informationen erfordern eine Probendrehung im Strahl. Dabei wird das beleuchtete Volumen ständig verändert und das Streusignal verschmiert, was die Bestimmung komplexer Strukturen verhindert. Diese Einschränkung lässt sich mit energieauflösender Laue‐Beugung umgehen. Es wurde eine Methode entwickelt, um einen großen Teil des reziproken Raums abzudecken und aus der Energie der Röntgenphotonen die dritte Raumdimension zu errechnen. Das Verfahren wurde auf Kohlenstofffasern und Hummerpanzer, als Beispiel für biomineralisiertes Gewebe, angewendet. Das besondere Potenzial dieser Methode liegt darin, dass sie nur eine einzige Messung erfordert, sowie am direkten Erfassen von 3D‐Informationen ohne Vorwissen über die Probe. Das Verfahren ermöglicht daher das Abrastern großer Proben mit komplexer Struktur und eröffnet die konzeptuelle Möglichkeit, Texturänderungen in situ zu verfolgen, z. B. während Kristallisationsvorgängen.

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Section: Rçntgenbeugung (Xrd) Ist Eine Wertvolle Methode Zurunclassified

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Photonenenergie als dritte Dimension bei der Analyse der kristallographischen Textur

Grünewald¹,

Rennhofer²,

Tack³

et al. 2016

Angewandte Chemie

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“…This analysis can be extended to incorporate orientation information by dividing the raw data into azimuthal bins before integration and analysing individual parts. 23,24 Thereby it is possible to obtain full XRD patterns in each voxel inside the material.…”

Section: Diffraction Tomography In Practicementioning

confidence: 99%

Diffraction scattering computed tomography: a window into the structures of complex nanomaterials

et al. 2015

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Modern functional nanomaterials and devices are increasingly composed of multiple phases arranged in three dimensions over several length scales. Therefore there is a pressing demand for improved methods for structural characterization of such complex materials. An excellent emerging technique that addresses this problem is diffraction/scattering computed tomography (DSCT). DSCT combines the merits of diffraction and/or small angle scattering with computed tomography to allow imaging the interior of materials based on the diffraction or small angle scattering signals. This allows, e.g., one to distinguish the distributions of polymorphs in complex mixtures. Here we review this technique and give examples of how it can shed light on modern nanoscale materials.

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“…These scanning beam methods can be used to build two-and threedimensional images of an object's chemical or crystalline structure (Bleuet et al, 2010(Bleuet et al, , 2008. Recent applications include three-dimensional imaging of transition metals in biological specimens (Bourassa et al, 2014), chemical imaging of operational catalytic reactors and the study of human teeth biomineralization (Egan et al, 2013). An advancement on scanning beam methods was recently proposed whereby full-field XRPD images of an object could be taken in a single snapshot using synchrotron radiation, with every pixel of the image containing an energy-dispersive X-ray powder diffraction pattern .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Full-field energy-dispersive powder diffraction imaging using laboratory X-rays

Egan

Jacques²,

Wilson

et al. 2015

J Appl Cryst

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A laboratory instrument with the ability to spatially resolve energy-dispersed X-ray powder diffraction patterns taken in a single snapshot has been developed. The experimental arrangement is based on a pinhole camera coupled with a pixelated spectral X-ray detector. Collimation of the diffracted beam is defined by the area of the footprint of a detector pixel and the diameter of the pinhole aperture. Each pixel in the image, therefore, contains an energydispersed powder diffraction pattern. This new X-ray imaging technique enables spatial mapping of crystallinity, crystalline texture or crystalline phases from within a sample. Validation of the method has been carried out with a back-toback comparison with crystalline texture mapping local to a friction stir weld in an aluminium alloy taken using synchrotron radiation.

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Non-invasive imaging of the crystalline structure within a human tooth

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