推进原子探针断层扫描技术以理解骨骼微观结构的近原子尺度
材料科学
2025-03-26 v1
摘要
骨骼结构通常层次化地组织为有机(胶原蛋白、蛋白质、...)和无机(羟磷灰石(HAP))成分。然而，诸如 HAP 形成、迹象元素影响、矿物-胶原排列等生物矿化过程的许多基本机制尚不清楚。这部分是由于在一般纳米尺度上同时表征生物矿物的三维(3D)结构和化学成分的分析挑战，原子探针断层扫描(APT)理论上可实现。然而，骨骼的层次化结构代表了APT分析中的关键瓶颈，特别是对于迹象元素的分析分辨率和从胶原中看似系统丢失的有机成分。本文我们应用了在离子束(FIB)用于准备样品时的原位金属涂层技术，证明了样品产率和化学灵敏度得到巨大提升，允许对单个胶原纤维和迹象元素如 Mg 和 Na 进行分析。我们探索了带有和不带涂层的 various measurement 参数，以分析参数为分析骨骼样品在APT中的最佳实践。为解码骨骼样品的复杂质谱，我们获得了纯 HAP 和胶原的参考谱，从而明确识别信号，允许我们在近原子尺度上分析整个胶原纤维和界面。我们的结果为理解骨骼结构在近原子水平的层次结构和化学异质性开辟了新的可能性，并展示了这种新方法的潜力，可为未来提供关于生物矿化过程的新颖见解。
引用
@article{arxiv.2503.19421,
title = {Advancing atom probe tomography capabilities to understand bone microstructures at the near-atomic scale},
author = {Tim M. Schwarz and Maïtena Dumont and Victoria Garcia-Giner and Chanwon Jung and Alexandra E. Porter and Baptiste Gault},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.19421},
year = {2025}
}