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Development of Rietveld tomography to measure Local Anisotropic Strain and its Application to Bone Nanostructures

Descripción del proyecto

Un nuevo método de tomografía revela detalles óseos a nanoescala

Los huesos no son fuertes en todas las direcciones, una propiedad conocida como anisotropía local. Esta variación direccional del comportamiento mecánico viene dictada por la arquitectura ósea y la disposición precisa de los componentes clave. Los métodos de imagen actuales solo pueden captar la arquitectura del hueso hasta 10 micrómetros. Sin embargo, los detalles de las imágenes a escala nanométrica ayudarán a predecir las fracturas. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto RIETOM desarrollará una nueva técnica, la tomografía de Rietveld, que combina la difracción de rayos X y la tomografía tensorial para medir la deformación anisotrópica a escala nanométrica. Se espera que la aplicación de este método mejore los modelos de mecánica ósea y ayude a diseñar tratamientos para la osteoporosis.

Objetivo

Bone and other hierarchically structured materials have unique mechanical properties, which are governed by the spatial arrangement of their nano-constituents. Their structure-mechanics relations can currently be determined down to ~10 µm using X-ray computed tomography. Below this, there is currently no method that can determine local anisotropy of its mechanical properties. This impedes state-of-the-art models from accurately predicting key macroscopic properties such as fracture behaviour. We propose in this project the development of a new method - Rietveld tomography - to determine local anisotropic macro- and micro-strain, based on a new way of analysing X-ray diffraction data that combines the properties of so-called X-ray tensor tomography and Rietveld refinement. The project will consist of the development of the mathematical formulation of Rietveld tomography in the environment of experts in this field at Aarhus Universitet, in particular supervisor Henrik Birkedal; combined with a stay at the secondment institution ESRF, where we will develop the experimental implementation of Rietveld tomography and validate the method. In the third part we will apply the method to osteonal bone and characterize its local response under mechanical load in situ. All that will be implemented and developed in the 24 months of the project, which compiles method development, data analysis strategy development and implementation, and experiments at large-scale synchrotron facilities.
We expect that this study will (1) provide a new method to the research community to study not only biominerals but polycrystalline materials in general, linking for the first time hierarchical structure and texture in nanostructured composites. (2) It will lead to a quantum leap in our understanding of bone micromechanics with ensuing impact on bone micromechanical modelling with expected improvements in fracture prediction and ultimately clinical practice in e.g. osteoporosis management.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinador

AARHUS UNIVERSITET
Aportación neta de la UEn
€ 247 553,28
Dirección
NORDRE RINGGADE 1
8000 Aarhus C
Dinamarca
Región
Danmark Midtjylland Østjylland
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
Sin datos

Socios (1)