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.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.
- Umweltchemie an BESSY II: Radikale in GewässernWie entstehen in wässrigen Lösungen unter UV-Licht so genannte Radikale? Diese Frage spielt sowohl für die Gesundheitsforschung als auch für den Umweltschutz eine wichtige Rolle, beispielsweise im Zusammenhang mit der Überdüngung von Gewässern durch die Landwirtschaft. Ein Team hat nun an BESSY II eine neue Methode etabliert, um Hydroxyl-Radikale in Lösung zu untersuchen. Mit einem Trick konnten sie überraschende Einblicke in den Reaktionspfad gewinnen.