MUNICH, Allemagne: À l'aide d'une nouvelle méthode tomodensitométrie (CT) basée sur la dispersion des rayons X, une équipe de chercheurs internationaux a, pour la première fois, été en mesure de visualiser les nanostructures dans des objets hétérogènes mesurant quelques millimètres. Afin de démontrer le potentiel de cette technique, les chercheurs ont reconstruit en 3D l'orientation précise des fibres de collagène de la matrice organique d´une dent humaine.
Cette nouvelle méthode, développée par une équipe de chercheurs de différents établissements (Technische Universität München (TUM), l'hôpital de la Charité à Berlin, l'université de Lund et l'institut Paul Scherrer en Suisse) est basée sur le principe de la dispersion des rayons X plutôt que de leur absorption.
Cette nouvelle méthode est issue du principe de la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS de l’anglais : Small Angle X-rays Scattering) qui est une technique expérimentale permettant d’étudier les propriétés structurelles des matériaux, à une échelle allant de 1 à 100 nanomètres. Cette technique se base sur l’interaction élastique des photons avec les nuages électroniques. Les photons sont diffusés en traversant l’échantillon et fournissent des informations sur la fluctuation des densités électroniques dans la matière hétérogène.
Dans les méthodes dites classiques de tomodensitométrie (CT), la mesure se fait en rapport à une seule valeur pour chaque pixel en 3D (connu sous le terme de voxel ou « volumetric pixel ») d´un objet. Dans cette nouvelle méthode, la lumière diffusée provient de différentes directions et permet ainsi d´attribuer plusieurs valeurs pour chaque voxel.
« Grâce à cette nouvelle découverte, nous sommes en mesure d´apprendre de nouvelles données sur la nanostructure d'un objet, par rapport aux méthodes classiques de CT. En mesurant indirectement les rayons X dispersés, nous pouvons maintenant visualiser des structures infimes qui sont trop petites pour la résolution spatiale directe », a expliqué le professeur Franz Pfeiffer, directeur de l'Institut de physique biomédicale à la TUM.
En combinant la technique de CT et le principe de la dispersion de rayon X, les chercheurs ont clairement pu observer l'orientation tridimensionnelle des fibres de collagène contenues dans un morceau de dent humaine d´une taille de 3 mm. Pour le reconstruire complètement ils ont pris et traités, à l'aide d'un algorithme spécialement développé, 1,4 millions d´images.
Pour Florian Schaff, PhD étudiant à l´institut TUM et premier auteur de la publication : « Une technique de CT élaborée est toujours plus adaptée pour examiner des objets de grande dimension. Cependant, notre nouvelle méthode permet de visualiser avec un niveau de précision extrême des structures à l'échelle nanométrique dans les objets de taille millimétrique. »
Selon les chercheurs, cette nouvelle technologie d´imagerie pourrait se révéler intéressante pour la caractérisation des biomatériaux, tels que les os et les dents, mais aussi pour celle des matériaux fonctionnels comme des piles de combustible ou des composants de batterie.
Les résultats de cette étude ont été publiés en ligne le 19 novembre dans le journal Nature sous le titre « Six-dimensional real and reciprocal space small-angle X-ray scattering tomography ».
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