Co to jest mikrotomografia?

Obecnie istnieje niewiele metod bezinwazyjnej rekonstrukcji trójwymiarowych modeli przedstawiających wewnętrzną strukturę badanego obiektu. Trwają prace rozwojowe w tej dziedzinie, tego typu badania cieszą się szczególnym zainteresowaniem społeczności naukowej w różnych krajach, ponieważ mogą zapewnić przewagę konkurencyjną niektórym branżom. Jedną z powyższych metod jest mikrotomografia komputerowa (często można spotkać taką nazwę jak mikrotomografia rentgenowska, są to dwa określenia oznaczające tę samą metodę analizy, imię często pojawia się w literaturze zagranicznej). Rozważmy bardziej szczegółowo ten rodzaj analizy środowiska wewnętrznego.

Historia odkrycia mikrotomografii

Badania w zakresie tej metody prowadzone są już dość długo, w Rosji pierwsze zastosowanie mikrotomografii przypisuje się początkowi lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, a w Rosji przeprowadzono pierwsze badania nad analizy minerałów, rud i skał, co od razu stało się impulsem do ukształtowania się stosowanego charakteru analizy mikrotomograficznej w naszym kraju. Pierwsze badania przeprowadzono w oparciu o takie instytucje naukowe, jak Moskiewski Państwowy Uniwersytet im. M.V. Łomonosowa i Rosyjska Akademia Nauk, co umożliwiło natychmiastowe zaangażowanie ogromnej liczby specjalistów i poinformowanie różnych branż o nowej kierunek.

Już od samego początku istnienia metody oczywista stała się jej możliwość zastosowania w szerokim zakresie różnorodnych badań. Początkowo aktywne badania prowadzono w sektorze naftowo-gazowym, jednak potem niezaprzeczalne zalety metody doceniono w takich obszarach jak:

• biologia;
• lekarstwo;
• chemia;
• archeologia;
• Gleboznawstwo;
• mikroelektronika.

W tej chwili badania w zakresie badania struktury objętościowej obiektów za pomocą mikrotomografów rentgenowskich nadal się rozwijają, coraz więcej krajowych przedsiębiorstw nabywa dla siebie podobny sprzęt, w 2012 roku w kraju było 40 zespołów badawczych, w tej chwili ich liczba prawie się podwoiła.

Tak szybki rozwój i rozpowszechnienie staje się możliwe dzięki temu, że mikrotomografia rentgenowska jest uważana za bardzo obiecujący kierunek, ponieważ uzyskane wyniki są naprawdę potrzebne i mogą znacznie przyspieszyć szereg eksperymentów.

Obejrzyj film o stworzeniu domowego mikrotomografu przez rosyjskich naukowców.

Jak działa mikrotomograf?

Budowa aparatury do tego typu analiz jest bardzo złożona i wymaga nie tylko wysokiej jakości materiałów, z których jest wykonana, ale także wysoko wykwalifikowanych specjalistów, którzy potrafiliby zaprojektować naprawdę niezawodne urządzenie. Tylko kilka firm na świecie rozwija tego typu sprzęt, z których najpopularniejszym jest Bruker microCT, dawniej firma ta nosiła nazwę Skyscan. Została założona w Belgii przez rosyjskiego naukowca z Uniwersytetu Łomonosowa w Moskwie, a obecnie jest znana na całym świecie, produkuje wiele rodzajów tomografów, a także dostarcza specjalne oprogramowanie niezbędne do pracy z nimi.

Podstawą mikrotomografu jest mikro- lub w niektórych przypadkach nawet nano tuba, która prześwietla badany obiekt promieniami rentgenowskimi, a zainstalowana w pobliżu specjalna kamera odbierająca promienie rentgenowskie odbiera projekcje cieni o powiększonym rozmiarze. Obiekt znajdujący się w środku obraca się przy dostawie, w tym czasie aparat rentgenowski odbiera i rejestruje kilkaset projekcji cieni, które są następnie przetwarzane przez komputer. Na podstawie uzyskanych rzutów komputer buduje zestaw wirtualnych modeli reprezentujących przekroje obiektu.

Po przetworzeniu wyników możliwe jest przeglądanie wszelkiego rodzaju przekrojów obiektu, można je odwracać i obracać, a także uzyskać wszystkie niezbędne pomiary i charakterystyki numeryczne całej objętości środowiska wewnętrznego obiektu lub nawet jego wydzielony obszar. To w połączeniu pozwala tworzyć trójwymiarowe modele, które dają możliwości wirtualnego poruszania się po wewnętrznym środowisku obiektu badań.

Mikrotomografia rentgenowska: zalety

Wraz z odkryciem mikrotomografii radykalnie zmieniło się rozumienie wewnętrznej struktury wielu typów skał, złóż ropy naftowej i różnych polimerów kompozytowych; badania te stały się podstawą dalszych badań, ulepszeń w geologii, fizyce i chemii.

Główne zalety tej metody badawczej to:

Nie wymaga żadnego wstępnego przygotowania, co znacznie skraca czas analizy i uzyskania wyniku. Nie ma potrzeby wstępnego przygotowywania próbek, wstępnego barwienia próbek ani uzyskiwania cienkich skrawków.