Focused Ion Beam
Final Report Abstract
Das beschaffte Zweistrahlsystem mit Focused Ion Beam (FIB) wurde und wird sehr interdisziplinär, sowohl fakultätsintern als auch fakultätsübergreifend (Maschinenbau, Elektrotechnik, Natur-, Agrarwissenschaften) wie auch in Kooperationen mit der Universitätsmedizin Rostock (z.B. Zahnmedizin, Orthopädie, HNO, Augenheilkunde, Neurologie etc.) und externen Forschungspartnern eingesetzt. Es wurden somit sehr vielseitige Fragestellungen, insbesondere im werkstoffkundlichen und biomedizin(techn)ischen Bereich, bearbeitet. So konnten mit Hilfe des Gerätes wesentliche Beiträge zur Charakterisierung der Ultrastruktur verschiedener Werkstoffe bzw. Materialsysteme und biologischer Hartgewebe sowie zur Morphologieaufklärung synthetischer Strukturen geleistet werden, in dem mittels des fokussierten Ionenstrahls zielgerichtet TEM-Lamellen präpariert bzw. Quer-/ Längsschnitte angefertigt wurden. Dies trug unter anderem zur Evaluierung verschiedener entwickelter Aluminiumlegierungen, zum Beispiel von eutektischen Al-Si-Gußlegierungen mit dendritischen Kristallstrukturen (kugelförmige Proben mit d = 15- 40 µm), bei. Des Weiteren war durch die FIB-Präparation eine vollständige Darstellung der nativen anisotropen Mikrostruktur von humanem inter- und peritubulären Dentin sowie der Kollagen-Mikrofibrillen von humanem Schmelz möglich. Weiterhin konnten mit Hilfe der FIB-Präparation geätzte Si3N4- Nadelstrukturen (Probengeometrie: h = 10 µm, d = 4 µm) hinsichtlich ihrer korrekten Morphologie verifiziert werden. Darüber hinaus wurde die AutoSlice & View Funktion des FIB-Systems umfangreich getestet. Dabei konnte bereits eine Verfahrensweise für synthetische Kompositmaterialien etabliert werden. Für biologische Hartgewebeproben (humanes Dentin und Schmelz) wie auch Weichgewebeproben (porcine, und Hühnercornea) wurden verschiedene Parameterstudien durchgeführt. Bei all diesen Fragestellungen waren zwei Vorteile der FIB-Verfahrenstechnik essentiell. Zum einen gestattete sie eine lokale Zielpräparation, die in den relevanten Auflösungsbereichen mittels alternativer Verfahren, wie zum Beispiel der Ultramikrotomie, nicht möglich war. Zum anderen konnten mechanische Artefakte der Ultramikrotomie (z.B. Delamination von Strukturbestandteilen, Mikrorisse und Faltenbildung der Lamelle), die insbesondere bei der Präparation sehr harter Materialien, wie zum Beispiel Schmelz, sehr problematisch sind, vermieden werden. Unabhängig von den FIB-basierten Fragestellungen wurde das Zweistrahlgerät auch umfassend für morphologische und Elementanalysen von leitenden Proben im Hochvakuum, trockenen nichtleitenden synthetischen und biologischen Proben im Niedervakuum sowie von feuchten synthetischen und biologischen Proben im ESEM-Modus verwendet. So wurden unter anderem Implantat-Gewebe-Grenzflächen untersucht, zum Beispiel Elektroden-Rattenhirn-Präparate (zur Analyse der Art und des Ausmaßes der Gewebsbildung im Grenzflächenbereich) sowie Minischrauben-Hundekieferknochen-Proben (zur Ermittlung der Knochenkontaktrate im Grenzflächenbereich). Auch für die Untersuchung der Bruchmorphologie und die Elementidentifizierung von Verunreinigungen im Rahmen von Schadensfallanalysen orthopädischer und dentaler Implantate war das Zweistrahlgerät unerlässlich. Weitere erfolgreiche Elementanalysen fanden zum Beispiel bei der Aufschlüsselung der Zusammensetzung von Gastrostentinkrustationen, der Analytik der osteoporotisch bedingten Veränderung des Mg-Ca-P-Sr-Verhältnisses humanen Knochens wie auch bei der qualitativen und quantitativen Erfassung der Elementverteilung (insbesondere des Phosphors) in unterschiedlich konditionierten Knochenkohlen statt. Einhergehend mit der Bearbeitung der vielfältigen wissenschaftlichen Fragestellungen wurde das Zweistrahlsystem mit direkter Einbindung in laufende Forschungsprojekte auch bei der studentischen Qualifizierung im Rahmen der Studiengänge Biomedizinische Technik, Maschinenbau, Biotechnolgie sowie Zahnmedizin und Humanmedizin (Promotionen, Studien-, Bachelorarbeiten) eingesetzt.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.1515/bnm-2014-9011) - Investigations on fracture behaviour of dental restoratives and tooth material under impact load. BMT Proceedings (Lübeck, Tagung der DGBMT im VDE e.V.) BMT Proceedings. 2015
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