Spectroscopie d’absorption des rayons X du calcium à l’échelle du micron sur l’os cortical

Spectroscopie d’absorption des rayons X au seuil K du calcium à l’échelle du micron sur l’os cortical : Les effets de polarisation révèlent l’orientation des minéraux.

[traduction du résumé de l’article]

Nous présentons ici les résultats de structure obtenus par spectroscopie  d’absorption des rayons X près du seuil (XANES), en mode transmission et en mode fluorescence X à champ complet (FF-XANES), au seuil K du calcium sur du tissu osseux humain, dans des conditions saines et pathologiques, ainsi qu’à différents stades de maturation tissulaire.

Nous observons que les différences spectrales dominantes, provenant de différentes régions tissulaires et très marquées dans les structures de la ligne blanche et post-seuil, sont associées à des effets de polarisation. Ces effets de polarisation dominent la variance spectrale et doivent être bien compris et modélisés avant d’analyser les variations spectrales très subtiles liées aux variations du tissu osseux lui-même. Cependant, ces modulations de la structure fine des spectres peuvent présenter un grand intérêt pour quantifier les orientations des cristaux d’apatite dans des matrices tissulaires hautement structurées telles que l’os.

En raison des longueurs d’onde extrêmement courtes des rayons X, la technique FF-XANES surmonte la résolution spatiale limitée des autres techniques optiques et spectroscopiques exploitant la lumière visible. Le champ de vision de la technique FF-XANES étant assez large, les temps d’acquisition nécessaires à l’analyse d’une même région sont courts par rapport, par exemple, aux techniques de diffraction des rayons X.

Nos résultats concernant la dépendance angulaire de l’absorption ont été vérifiés à la fois par spectroscopie Raman polarisée sur des sites appariés – dont la sensibilité à l’orientation des éléments constitutifs de l’os a été démontrée – et par des simulations mathématiques de cette dépendance angulaire de l’absorbance. Dans une perspective d’avenir, nous démontrons en outre l’évaluation, basée sur la polarisation, de l’orientation des cristaux contenant du calcium et de la spécification du calcium dans un échafaudage de phosphate tricalcique bêta (β-Ca₃(PO₄)₂) implanté dans l’os ovin. En ce qui concerne l’utilisation de la XANES pour évaluer les propriétés chimiques du Ca dans le tissu osseux humain, nos données suggèrent que ni le site anatomique (tibia vs mâchoire) ni la pathologie (tissu osseux de la mâchoire sain vs nécrotique) n’ont influencé la forme spectrale moyenne des spectres XANES.

Lien vers l’article complet (disponible sur demande): Full-Field Calcium K-Edge X-ray Absorption Near-Edge Structure Spectroscopy on Cortical Bone at the Micron-Scale: Polarization Effects Reveal Mineral Orientation | Analytical Chemistry