เทคนิค X-ray ใหม่ได้เปิดเผยโครงสร้างที่ไม่รู้จักมาจนบัดนี้ในกระดูกมนุษย์ เทคนิคนี้ซึ่งใช้ลำแสงซินโครตรอนเพื่อทำแผนที่การวางแนว 3 มิติของผลึกนาโนและโครงสร้างนาโนภายในวัสดุ ช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างกระดูกได้ดีขึ้นและมีความเกี่ยวข้องอย่างไรกับกลไกของกระดูกและโรคกระดูก ผู้พัฒนากล่าวว่าวิธีการดังกล่าวสามารถชี้ให้เห็นถึงโครงสร้างตามธรรมชาติและโครงสร้างสังเคราะห์อื่นๆ
ซึ่งการวาง
แนวของผลึกมีบทบาทในการกำหนดคุณสมบัติของวัสดุ กระดูกเป็นวัสดุธรรมชาติที่น่าประทับใจ มีทั้งความแข็ง รับน้ำหนักได้โดยไม่เสียรูปมากนัก และทนทาน หมายความว่าไม่แตกหักง่ายเมื่องอหรือวางใต้น้ำหนักบรรทุก ความแข็งและความเหนียวมักไม่ค่อยพบรวมกันในวัสดุชิ้นเดียว และแท้จริงแล้ว
กระดูกได้รับคุณสมบัติที่ผิดปกติจากองค์ประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ ไฟบริลคอลลาเจนที่มีโปรตีนเป็นฐาน ซึ่งเสริมด้วยผลึกนาโนของแร่แคลเซียมฟอสเฟตที่เรียกว่าไฮดรอกซีอะพาไทต์ หน่วยการสร้างเหล่านี้ปรากฏในรูปแบบบิดต่างๆ และรวมชั้นบางๆ ที่เรียกว่าแผ่นลาเมลลาที่เรียงซ้อนกัน
เหมือนไม้อัด อย่างไรก็ตาม วิธีที่แม่นยำในการประกอบเข้าด้วยกันได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่ายากที่จะเข้าใจ เนื่องจากองค์กรของพวกเขามีความซับซ้อนในทุกระดับความยาว นักวิจัยจากในเดนมาร์กในสวีเดน และในสวิตเซอร์แลนด์ ได้ใช้ข้อมูลการกระเจิงของรังสีเอกซ์เพื่อแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างขนาดเล็ก
ของกระดูกไม่สม่ำเสมอ เนื่องจาก สันนิษฐานไว้ก่อนหน้านี้ แต่มีความเบี่ยงเบนในการวางตัวของผลึกนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ในส่วนที่เกี่ยวกับโครงสร้างนาโนของกระดูก “เท่าที่เราทราบ นี่เป็นครั้งแรกที่รูปแบบ ‘ไม้อัดบิดเบี้ยว’ ของกระดูกลาเมลลาร์ของมนุษย์ได้รับการแมปในรูปแบบ 3 มิติ
ด้วยความละเอียดสูงเช่นนี้” นักฟิสิกส์วัสดุแห่ง และผู้ร่วมวิจัย กล่าว ผู้เขียนคนแรกเอกซเรย์เทนเซอร์นักวิจัยมุ่งความสนใจไปที่กระดูกมนุษย์ประเภทหนึ่งที่เรียกว่ากระดูกทราเบคิวลาร์ ซึ่งมีรูพรุนและพบได้ที่ส่วนปลายของกระดูกยาวอย่างโคนขา รูขุมขนในกระดูกเชื่อมต่อกันด้วยแท่งบาง ๆ
และแผ่น
เนื้อเยื่อกระดูก ในการทดลอง สมาชิกในทีมได้สแกนส่วนตัดขวางของกระดูก ขนาด 40x40x40 ไมครอนผ่านลำแสงซินโครตรอนในขณะที่หมุนตัวอย่างไปรอบๆ แกน x และ y ด้วยการรวมการกระเจิงของรังสีเอกซ์มุมเล็กและการกระเจิงของรังสีเอกซ์มุมกว้างเข้าด้วยกัน พวกเขาสามารถตรวจสอบ
โครงสร้างระดับนาโนของกระดูกและโครงสร้างอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัลชีวภาพได้ในเวลาเดียวกัน
ในการดึงข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้าง 3 มิติของกระดูกจากการสแกน xy พวกเขาใช้เทคนิคที่เรียกว่า เพื่อวิเคราะห์การกระจายความเข้มของรังสีที่กระจัดกระจายในปริภูมิซึ่งกันและกัน
(ปริภูมิในจินตนาการที่ระนาบของอะตอมแสดงด้วยจุดซึ่งกันและกันและความยาวทั้งหมดคือ ส่วนผกผันของความยาวในพื้นที่จริง) ตัวอย่างเช่น หากผลึกในวัสดุไม่ได้ถูกวางแบบสุ่ม ความเข้มของสัญญาณการกระเจิงของรังสีเอกซ์จะมากสำหรับบางทิศทางและเล็กสำหรับบางทิศทาง เฮนริก เบอร์เคดัล
หัวหน้าทีมร่วมซึ่งอยู่ในภาควิชาเคมีอธิบายและไอนาโนที่ออร์ฮูส “สิ่งนี้สามารถเปรียบได้กับการปรากฏตัวของผืนดินบนโลก” เขากล่าว “โดยการทำแผนที่การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณการกระเจิงด้วยการวางตัวอย่าง (สอดคล้องกับการทำแผนที่ภูมิประเทศในการเปรียบเทียบลูกโลก)
เราสามารถระบุได้ว่าคริสตัลหรือโครงสร้างนาโนมีทิศทางอย่างไรในแบบ 3 มิติ” ความเข้มที่กระจัดกระจายของ “การฉายภาพ” ของการสแกน xy เผยให้เห็นโครงสร้างแบบ ที่ชัดเจนของวัสดุที่มุ่งเน้น ซึ่งสอดประสานกับบริเวณที่ไม่เป็นระเบียบ จากข้อมูลผู้เขียนคนแรกอีกคนของการศึกษา
และอดีต
นักวิทยาศาสตร์ ESRF กล่าวว่า “ยังเร็วเกินไป” ที่จะอธิบายว่าทำไมการวางแนวของผลึกนาโนไฮดรอกซิลาพาไทต์บางครั้งจึงไม่เป็นระเบียบ แต่ข้อมูลยังคงให้ความสำคัญกับการวิจัยในภายหลัง “โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการของเราคือแนวทางใหม่ในการมองเข้าไปในโครงสร้างพื้นฐานของกระดูก” เขากล่าว
ซินโครตรอนก้าวหน้าผู้นำร่วมของการศึกษาและนักวิทยาศาสตร์ที่ดูแลลำแสง ID13 ของ ESRF ซึ่งเป็นที่ทำการวัด กล่าวว่า วิธีการใหม่นี้เกิดขึ้นได้จาก “ความก้าวหน้าอย่างมาก” ซึ่งกำลังเกิดขึ้นในซินโครตรอนเอ็กซ์เรย์ “เราคาดหวังว่าการอัพเกรดแหล่งซินโครตรอนในปัจจุบันจะเพิ่มพลังของเราอย่างมาก
ขณะนี้ทีมวางแผนที่จะใช้วิธีการของพวกเขาในการวิเคราะห์วัสดุกระดูกจากผู้ป่วยที่เป็นโรคต่างๆ เช่น โรคกระดูกพรุนและความผิดปกติอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างกระดูกที่เกี่ยวข้องกับอายุ ซึ่งอาจทำให้คุณสมบัติเชิงกลของกระดูกลดลงได้ พวกเขายังหวังที่จะศึกษาโครงสร้างจุลภาค
ของกระดูกประเภทอื่นนอกเหนือจากที่วิเคราะห์ในงานนี้“สุดท้ายนี้ เราต้องการที่จะเข้าใจ ที่มาของความแตกต่างของการวางแนวระหว่างโครงสร้างนาโนและผลึกที่เราสังเกตเห็น” “สิ่งนี้อาจต้องปรับปรุงความละเอียดของเทคนิคของเราโดยใช้ลำแสงเอ็กซ์เรย์ที่เล็กลง” ในปีหน้า” เขากล่าวเสริม
สามารถตรวจจับสารเสพติดและสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับสารเสพติดในสงครามเคมีได้ในปริมาณต่ำกว่าไมโครกรัม “เราได้สร้างระบบที่สมบูรณ์ซึ่งมีน้ำหนักต่ำกว่า 50 ปอนด์ ด้วยความแม่นยำของแมสสเปกโตรมิเตอร์คุณภาพระดับห้องปฏิบัติการ” “ในการทำเช่นนั้น เรากำลังใช้วัสดุคอมโพสิตขั้นสูง
และวัสดุที่มีน้ำหนักเบาเมื่อจำเป็น” ขณะนี้ศูนย์กำลังพัฒนาวิธีการลดขนาดอุปกรณ์ลงเหลือขนาดกระเป๋าเอกสารการพัฒนาล่าสุดอีกอย่างหนึ่งคือชุดสกัดไมโครเฟสของแข็ง ซึ่งจะช่วยให้เจ้าหน้าที่เอฟบีไอและเจ้าหน้าที่ความปลอดภัยสามารถเก็บตัวอย่างนิวเคลียร์ เคมี และสารชีวภาพได้
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
