Variations in bone biomineral properties revealed by sub-micron resolution X-ray fluorescence and diffraction tomography
Notice bibliographique
Résumé
The structure of biomineralized materials is often complex and their study calls for methods with sensitivity across several length scales that can probe structures in 3D. Synchrotron X-ray tomographies with different contrast mechanisms, each providing unique position-resolved information, are emerging as key tools in the study of complex materials [1]. Here we have applied X-ray fluorescence and diffraction computed tomography to investigate the variation of biomineral properties across human osteonal bone. Bone, a biological material of vital importance in vertebrates, is a hierarchical composite with essential structural features ranging from the nanoscale to the anatomical scale. These structures, and especially how the nanoscale structures relate to the whole bone properties, remain poorly understood. The osteon is a main building block in human long bones and contributes to highly anisotropic mechanical properties. The osteon is a cylindrical structure with lamellae of mineralized collagen fibrils arranged in a plywood-like manner around a central blood vessel canal. It has been shown that this arrangement gives rise to periodically varying indentation modulus that correlates with the Ca content [2]. It is unclear whether the mineral crystallographic properties vary across the osteon and to which degree, if any, such variations impact properties. Using X-ray fluorescence and diffraction computed tomography to obtain position-resolved X-ray fluorescence spectra and diffractograms, respectively, we have investigated the distribution of elements and variation of crystallographic properties across the osteon using a 400 nm diameter X-ray beam to provide sub-µm resolution for the first time. The fluorescence showed a distinct increase in Ca content in interstitial bone compared to osteonal bone and a higher level of Sr in interstitial bone compared to inside the osteon. The >3.5 million reconstructed diffractograms were Rietveld refined with MultiRef [3] and revealed interesting variations with distance from the osteon center, as well as in the cell-associated bone, of several crystallographic parameters. [1] Birkbak et al. (2015) Nanoscale 7, 18402-18410. [2] Gupta et al. (2006) J. Mater. Res. 21, 1913-1921 . [3] Frølich & Birkedal (2015) J. Appl. Cryst. 48, 2019-2025.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».