Neue Methode zur Absorptionskorrektur für bessere Zahnfüllungen
Das Kompositbild (aus den Daten der micro-XRF-Analyse) zeigt die Verteilung der Elemente Kalzium (Ca, weiß: Zahn) Ytterbium (Yb, magenta: Füllung) und Zink (Zn, rot: Sealer) in einem behandelten menschlichen Zahn. Dabei lässt sich erkennen, dass Zink aus dem Sealer-Material in den Zahn diffundiert. © Leona Bauer (TU Berlin/HZB)
Ein Team um Dr. Ioanna Mantouvalou hat eine Methode entwickelt, um die Verteilung von chemischen Elementen in Dentalmaterialien präziser als bisher möglich darzustellen. Die konfokale mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse (micro-XRF) liefert dreidimensional aufgelöste Elementbilder, die Verzerrungen enthalten. Sie entstehen, wenn Röntgenstrahlen Materialien unterschiedlicher Dichte und Zusammensetzung durchdringen. Mit Mikro-CT-Daten, die detaillierte 3D-Bilder der Materialstruktur liefern, und chemischen Informationen aus Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) - Experimenten im Labor (BLiX, TU Berlin) und an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II haben die Forschenden das Verfahren nun verbessert.
„Wir können nun genauere Messungen durchführen“, sagt Ioanna Mantouvalou: „Die Absorptionskorrektur mit Mikro-CT und XAS berücksichtigt, wie stark verschiedene Materialien Röntgenstrahlen absorbieren.“ Möglich geworden ist dies durch eine Kombination von Laborinfrastrukturen der BAM (Bundesanstalt für Materialprüfung und -forschung) und des HZB Labors SyncLab in Kombination mit der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II. BESSY II stellte für die Versuche durchstimmbare Röntgenstrahlen in einem weiten Energiebereich (200 eV bis 32 keV) zur Verfügung, die für die detaillierte Analyse der Zusammensetzung notwendig sind. Die Mikro-CT und konfokalen micro-XRF Untersuchungen waren dann mit Laboraufbauten, die Röntgenröhren als Quellen nutzen, möglich.
Eines der untersuchten Materialien ist Dentin – ein mineralisiertes Gewebe, das den größten Teil des Zahnes ausmacht. Dentin liegt unter dem Zahnschmelz und spielt eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Reizen wie Kälte und Wärme. Die Ergebnisse der Analyse sind für die Zahnheilkunde wichtig. Denn bei Zahnfüllungen können Elemente aus dem Füllmaterial in das Dentin hineindiffundieren. „Unsere Ergebnisse ermöglichen detaillierte Studien von solchen Diffusionsprozessen“, so Leona Bauer, Doktorandin am HZB und an der TU Berlin und Erst-Autorin der Studie. Sie seien wichtig, um die Haltbarkeit und Verträglichkeit von Zahnfüllungen zu verbessern und das Risiko von Sekundärkaries und anderen Zahnproblemen zu verringern.
Neben der Untersuchung von Materialien für die Zahnheilkunde bietet die Methode Anwendungsmöglichkeiten in anderen Bereichen, in denen präzise 3D-Elementverteilungen erforderlich sind. Dazu gehören die Analyse von biologischen Geweben, die Untersuchung von Katalysatormaterialien und die Erforschung von Materialien in der Umweltwissenschaft. Die Vielseitigkeit der Messmethode könnte somit positiven Einfluss auf verschiedene Forschungsfelder haben.
- Nanosilber als Elektrokatalysator für die CO₂-VerwertungDurch Elektrolyse lässt sich CO2 zu CO reduzieren, einem Ausgangsstoff für weitere chemische Produkte wie beispielsweise Kraftstoffe. Im Rahmen des GreenQUEST-Projekts hat ein internationales Team um den HZB-Chemiker Prashanth Menezes Katalysatorschichten aus Silbernanopartikeln systematisch untersucht und dabei sowohl die Partikelgröße als auch deren Dichte variiert. Die beste Ausbeute wurde mit Nanopartikeln mit Durchmessern von etwa 10 nm erzielt, die locker verteilt waren. Darüber hinaus zeigten sie, wie sich die Wirtschaftlichkeit der elektrochemischen Zelle durch eine zusätzliche chemische Reaktion an der Anode verbessern lässt, indem gleichzeitig wertvolle Ameisensäure, Wasserstoff und CO erzeugt wird.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- Neues Verfahren kann MRT-Bildgebung künftig präziser machenEin Team aus Universität Stuttgart und HZB hat ein neues Verfahren entwickelt, das Aufnahmen im MRT künftig noch präziser machen kann. Dazu eliminierten die Forschenden einen entscheidenden Störfaktor im Messverfahren: die sogenannte Totzeit. Dadurch können Signale erfasst werden, die bei herkömmlichen Verfahren verloren gehen. Das Verfahren eröffnet neue Perspektiven für die medizinische Diagnostik und zerstörungsfreie Untersuchungen von Werkstoffen. Der neue Ansatz ist in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen.