Laboratorium Mikrotomografii Komputerowej
kierownik: Katarzyna Janiszewska
e-mail: k.janiszewska@twarda.pan.pl
micro-CT - Formularz (link)
Regulamin laboratorium (link)
Mikrotomografia Komputerowa (micro-CT) w naukach o Ziemi i biologii
Rentgenowska mikrotomografia komputerowa umożliwia trójwymiarowe obrazowanie morfologii nawet najmniejszych obiektów. W sposób nieniszczący pozwala uzyskać dane na temat wewnętrznej mikrostruktury próbek, np. układu warstw przyrostowych w łuskach, grubości i relacji przestrzennych warstw tworzących zęby wymarłych organizmów. Takie dane pozwalają określać tempo i sposób wzrostu badanych struktur i są podstawą interpretacji paleobiologicznych. W przypadku gdy w skale zachowały się tylko niepołączone szczątki organizmów (np. płytki szkieletu, spikule, ząbki), zastosowanie mikrotomografu zastępuje preparację (tj. rozpuszczenie otaczającej skały) pozwalając zachować układ przestrzenny poszczególnych elementów i tym samym wnioskować o ich funkcji i pierwotnym ułożeniu. Analogicznie, w badaniach dzisiejszych organizmów mikrotomografia jest wykorzystywana do badań zwierząt, u których elementy szkieletu (np. skleryty, igły) są luźno rozproszone w ciele miękkim, a próby ich wydobycia zakończyłyby się dezintegracją szkieletu. Mikrotomograf jest również idealnym narzędziem do nieniszczących badań fragmentów szkieletów kręgowców. Na podstawie skanów micro-CT udaje się odtworzyć strukturę kości (w tym patologie widoczne m.in. w różnicach w porowatości tkanek) i układ naczyń krwionośnych. Możliwość stworzenia cyfrowych modeli nawet najmniejszych okazów umożliwia przeprowadzanie analiz morfometrycznych i porównywanie serii skamieniałości (np. czaszek, kości długich, zębów).
Tomograf w Instytucie Paleobiologii PAN
Laboratorium wyposażone jest w mikrotomograf Zeiss XRadia 200 ze źródłem promieniowania rentgenowskiego z napięciem regulowanym w zakresie 20-90 keV. Przy rozmiarach próbek rzędu kilku milimetrów w mikrotomografie można osiągnąć bardzo wysoki kontrast i rozdzielczość obrazu <2 µm. Urządzenie pozwala obrazować próbki do 5 cm średnicy i 1 kg masy. Mikrotomograf wyposażony w źródło działające w stosunkowo niskich zakresach energii umożliwia uzyskanie dobrego kontrastu w obrazowaniu nie tylko szkieletów, ale także różnych typów miękkich tkanek, w tym takich, w których niemożliwe jest barwienie (ang. staining). Badania embrionów jaszczurek i ślimaków pokazały, że mikrotomograf sprawdza się w badaniach próbek biologicznych. Konstrukcja mikrotomografu XRadia pozwala także na obrazowanie i oddzielanie struktur o podobnej gęstości, m.in. dające możliwość nieniszczącego, wirtualnego wydobywania skamieniałości zachowanych w bursztynie (pomimo podobnej, niskiej gęstości szczątków i otaczającej żywicy).
Mikrotomografia komputerowa: technika
Mikrotomografia rentgenowska, podobnie jak zdjęcia rentgenowskie opiera się na różnicy w absorpcji promieniowania przez materiały o różnej gęstości. Im większa gęstość materiału, tym absorpcja większa. Poza gęstością na pochłanianie promieniowania wpływa także grubość próbki – czyli droga jaką promieniowanie musi pokonać przez próbkę. Podczas skanowania obiekt umieszcza się na obrotowym stoliku (360°). Wiązka promieniowania przechodzi przez próbkę (cześć ulega absorbcji) i trafia na scyntylator-detektor, który „zamienia” promieniowanie rentgenowskie na światło widzialne. W ten sposób zapisuje się informacja o stopniu pochłaniania promieniowania przez obiekt w danym położeniu. Następnie, próbka obraca się o zadany kąt i powstaje kolejne zdjęcie. W czasie skanowania powstają setki takich dwuwymiarowych obrazów absorpcji promieniowania – czyli projekcji. Kolejnym krokiem jest rekonstrukcja, czyli proces odwzorowania wnętrza próbki jako superpozycji zarejestrowanych projekcji dwuwymiarowych. Po tym etapie otrzymujemy trójwymiarowy obraz próbki i serie przekrojów w dowolnej płaszczyźnie. Kolejnym etapem prac jest wizualizacja z użyciem specjalistycznego oprogramowania. Na podstawie danych otrzymanych z mikrotomografu możemy stworzyć wirtualny model obiektu, poddać go analizie morfometrycznej. Tak stworzony model możemy wydrukować na drukarce 3D. Możemy także uzyskać i zobrazować informacje o porowatości próbki, wielkości ziaren, szerokości spękań itd.
Przygotowanie próbek
Próbki mogą być skanowane w powietrzu lub zanurzone w cieczy (by uniknąć wysychania/kurczenia się próbki w czasie długotrwałego skanowania). Najważniejszym elementem procesu przygotowywania próbek jest ich unieruchomienie – by próbka nie przemieszczała się podczas skanowania, może zostać umieszona w dedykowanym uchwycie, naklejona na stolik lub umieszczona w plastikowym pojemniku. Dodatkową stabilizację można zapewnić owijając próbkę materiałem o niskiej gęstości (np. cienkimi warstwami papieru szczelnie wypełniającymi przestrzeń pomiędzy okazem a ściankami probówki) lub zatopić w agarze. Próbki do skanowania w mikrotomografie nie powinny być napylone metalem.