瑞士科研團(tuán)隊(duì)在X射線成像技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破，成功將生物結(jié)構(gòu)三維成像時(shí)間從傳統(tǒng)的一天縮短至一小時(shí)，同時(shí)覆蓋從納米到毫米的多尺度范圍。這項(xiàng)成果為骨骼力學(xué)研究、疾病診斷及植入物開(kāi)發(fā)提供了全新工具，相關(guān)研究已發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。

人體骨骼等生物材料具有獨(dú)特的層級(jí)結(jié)構(gòu)，例如骨骼既具備高強(qiáng)度又能保持韌性，這種特性源于其內(nèi)部納米至毫米尺度的精密排列。傳統(tǒng)分析方法需依賴電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡等多種設(shè)備分段觀測(cè)，不僅流程繁瑣，且難以整合不同尺度的數(shù)據(jù)。十年前，該研究團(tuán)隊(duì)首次開(kāi)發(fā)"張量斷層掃描"技術(shù)，通過(guò)雙軸旋轉(zhuǎn)樣品配合20微米寬的X射線束掃描，實(shí)現(xiàn)了納米與微米結(jié)構(gòu)的同步成像。但早期版本單次掃描需耗時(shí)近24小時(shí)，限制了其在大規(guī)模研究中的應(yīng)用。

最新研究通過(guò)優(yōu)化掃描路徑控制算法與圖像重建模型，將整體流程壓縮至60分鐘左右。在保持20微米立方體分辨率的同時(shí)，成像速度提升數(shù)十倍。這種改進(jìn)得益于算法對(duì)X射線干涉圖案處理效率的顯著提升，以及硬件系統(tǒng)對(duì)樣品旋轉(zhuǎn)精度的優(yōu)化控制。

研究團(tuán)隊(duì)以人體最小的聽(tīng)小骨為驗(yàn)證對(duì)象，利用瑞士同步輻射光源進(jìn)行實(shí)測(cè)。新方法清晰呈現(xiàn)了膠原纖維在微觀區(qū)域的空間分布特征，這些纖維的排列方式直接影響聽(tīng)覺(jué)信號(hào)傳導(dǎo)效率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為解析骨組織力學(xué)機(jī)制提供了關(guān)鍵參數(shù)，特別是在理解不同尺度結(jié)構(gòu)對(duì)整體性能的影響方面取得進(jìn)展。

該技術(shù)已展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可加速骨質(zhì)疏松等代謝性疾病的病理研究，幫助分析病變組織的結(jié)構(gòu)變化；在工程領(lǐng)域，能為人工關(guān)節(jié)、牙科植入物的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供優(yōu)化依據(jù)，通過(guò)模擬天然組織的層級(jí)結(jié)構(gòu)提升植入物的生物相容性。研究團(tuán)隊(duì)正探索將技術(shù)擴(kuò)展至軟組織成像，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。