Serial sectioning methods for 3D investigations in materials science

Zankel, Armin; Wagner, Julian; Poelt, Peter

doi:10.1016/j.micron.2014.03.002

Cited by 83 publications

(53 citation statements)

References 60 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Standard tools in metallography, such as optical and electron micrography, return information limited to the microstructure of a sample surface, which may not be representative of the bulk material [4,10]. These techniques require extensive sample preparation and can return 3D sample reconstructions only by repeatedly removing a layer of material and characterizing the surface beneath [2,47]. Such processes are destructive and cannot be applied in situ, e.g.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Time-of-Flight Three Dimensional Neutron Diffraction in Transmission Mode for Mapping Crystal Grain Structures

Cereser

Ströbl

Hall

et al. 2017

Sci Rep

View full text Add to dashboard Cite

The physical properties of polycrystalline materials depend on their microstructure, which is the nano- to centimeter scale arrangement of phases and defects in their interior. Such microstructure depends on the shape, crystallographic phase and orientation, and interfacing of the grains constituting the material. This article presents a new non-destructive 3D technique to study centimeter-sized bulk samples with a spatial resolution of hundred micrometers: time-of-flight three-dimensional neutron diffraction (ToF 3DND). Compared to existing analogous X-ray diffraction techniques, ToF 3DND enables studies of samples that can be both larger in size and made of heavier elements. Moreover, ToF 3DND facilitates the use of complicated sample environments. The basic ToF 3DND setup, utilizing an imaging detector with high spatial and temporal resolution, can easily be implemented at a time-of-flight neutron beamline. The technique was developed and tested with data collected at the Materials and Life Science Experimental Facility of the Japan Proton Accelerator Complex (J-PARC) for an iron sample. We successfully reconstructed the shape of 108 grains and developed an indexing procedure. The reconstruction algorithms have been validated by reconstructing two stacked Co-Ni-Ga single crystals, and by comparison with a grain map obtained by post-mortem electron backscatter diffraction (EBSD).

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Time-of-Flight Three Dimensional Neutron Diffraction in Transmission Mode for Mapping Crystal Grain Structures

Cereser

Ströbl

Hall

et al. 2017

Sci Rep

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Efi mov 1 возможности применения этого метода для иссле-дований биосовместимых матриксов и клеточно-инженерных конструкций [4,5]. Метод СЭМ/ФИП позволяет выполнять наномасштабную реконструк-цию структуры различных материалов.…”

Section: Three-dimensional Analysis Of Micro-and Nanostructure Of Biounclassified

“…Этот метод основан на удалении слоев материала при помощи ионного распыления и последующего исследования поверхности образца при помощи СЭМ. Однако при исследованиях биологических и полимерных образцов этим методом могут возникать поврежде-ния поверхности электронным и ионным пучками и нежелательные структурные нарушения, к тому же электронно-микроскопический контраст на изобра-жениях поверхности после распыления может быть ограничен по ряду причин [1,6,7]. Эти недостатки методов электронной и рентге-новской томографии ограничивают их применение для анализа биологических и полимерных матери-алов, состоящих преимущественно из легких хи-мических элементов, и для исследования их трех-мерных микро-и наноструктурных характеристик необходимо использование комплементарных мето-дов микроскопии [8].…”

Section: Three-dimensional Analysis Of Micro-and Nanostructure Of Biounclassified

“…В настоящее время для этих целей используется ряд методов микроскопии высокого разрешения, таких как сканирующая электронная микроскопия с фоку-сированным ионным пучком (СЭМ/ФИП), рентге-новская томография и сканирующая зондовая нано-томография [1,2].…”

Section: Introductionunclassified

See 1 more Smart Citation

Three-dimensional analysis of micro- and nanostructure of biomaterials and cells by method of scanning probe nanotomography

Ефимов

Agapova

Safonova

et al. 2018

RJTAO

View full text Add to dashboard Cite

1 Лаборатория бионанотехнологий, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России, Москва, Российская Федерация 2 Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Российская Федерация Цель. Провести трехмерный анализ микро-и наноструктуры и количественных морфологических па-раметров альгинатных сферических клеточных микроносителей и макроносителей на основе регенери-рованного шелка, модифицированных микрочастицами межклеточного матрикса децеллюляризованной печени крысы, а также клеток гепатокарциномы человека HepG2, адгезированных на микро-и макро-носители. Материалы и методы. Трехмерные пористые матриксы из регенерированного шелка, полу-ченные методом выщелачивания, и сферические альгинатные микроносители, полученные методом ин-капсуляции, были витализированы клетками гепатокарциномы человека HepG2. Изучение трехмерной структуры клеток и микро-и макроносителей производилось при температуре -120 °С методом ска-нирующей зондовой крионанотомографии при помощи экспериментальной установки, объединяющей криоультрамикротом и сканирующий зондовый микроскоп. Результаты. Получены трехмерные нано-томографические реконструкции клеток HepG2, адгезированных на стенку макропоры матрикса из ре-генерированного шелка и на сферический альгинатный микроноситель. Определены морфологические параметры поверхностей макро-и микроносителей и адгезированных клеток: средняя шероховатость, удельная эффективная площадь и длина автокорреляции. Установлено, что средняя шероховатость по-верхности альгинатных микроносителей составляет 76,4 ± 7,5 нм, а средняя шероховатость поверхности стенки макроносителя на основе регенерированного шелка -133,8 ± 16,2 нм, в то время как средняя шероховатость внешних поверхностей клеток, адгезированных на микро-и макроносители, составляет 118,5 ± 9,0 и 158,8 ± 21,6 нм соответственно. Получены трехмерные реконструкции внутриклеточных компартментов размером от 140 до 500 нм. Выводы. Полученные в результате исследования количест-венные характеристики морфологии поверхностей клеточных носителей и адгезированных на них клеток позволяют исследовать корреляцию морфологических параметров поверхностей клеточных носителей и их биологические свойства. Использование метода сканирующей зондовой крионанотомографии для трехмерного анализа структуры и характеристик биоматериалов, клеток и биоискусственных клеточных конструкций позволит повысить эффективность разработок по созданию новых клеточно-инженерных конструкций с заданными физико-химическими и биологическими характеристиками для задач тканевой инженерии и регенеративной медицины.Ключевые слова : альгинат, фиброин, биоматериалы, клетки HepG2, биосовместимые матриксы, сканирущая зондовая нанотомография.

show abstract

“…A more sophisticated example is the use of a diamond knife to make 60 nm thick sections of the calcified and decalcified shell of the mussel Elliptio complanatus in order to study organic‐inorganic structures . This method is reminiscent of modern knife‐edge microscopy and serial block‐face scanning electron microscopy (SBEM) though these techniques are more suited for soft tissue . A conceptually similar technique, focused ion beam scanning electron microscopy (FIB‐SEM), can be used to generate 3D datasets by using a focused ion beam to mill away the material layer by layer, while each layer is imaged using an electron beam .…”

Section: Overview Of Finite Element Modeling and Analysismentioning

confidence: 99%

Finite Element Analysis as a Method to Study Molluscan Shell Mechanics

Lemanis

Zlotnikov

2017

Adv Eng Mater

View full text Add to dashboard Cite

The clade Mollusca is a highly diverse and disparate group of terrestrial and aquatic invertebrates, the taxon containing over 100 000 known species including some of the most intelligent invertebrate animals. Their shells are exemplar systems in the study of biomechanics, biomineralization, and biomimetics. Research into understanding the superior biomechanical properties of the shell and how these properties relate to the animals ecology have required a diverse range of methods at multiple length scales; one particularly powerful method is finite element analysis. Finite element analysis is a robust engineering method that has a long-standing history in biomechanical research. This review summarizes the application of finite element analysis in the study of both the mechanical properties of different molluscan shell ultrastructures as well as macro-scale modeling of the shell. From the calculation of elastic constants to the origins of the strength of nacre and the relationship between shell folding and ecology, this article provides a window into how finite element analysis can further our understanding of mechanics and functional morphology.

show abstract

Serial sectioning methods for 3D investigations in materials science

Cited by 83 publications

References 60 publications

Time-of-Flight Three Dimensional Neutron Diffraction in Transmission Mode for Mapping Crystal Grain Structures

Time-of-Flight Three Dimensional Neutron Diffraction in Transmission Mode for Mapping Crystal Grain Structures

Three-dimensional analysis of micro- and nanostructure of biomaterials and cells by method of scanning probe nanotomography

Finite Element Analysis as a Method to Study Molluscan Shell Mechanics

Contact Info

Product

Resources

About