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Bibliographic Metadata

Title
Polarized confocal Raman microscopy as a powerful tool in the investigation of biomineralized systems / eingereicht von: DI Reisecker Christian
AuthorReisecker, Christian
CensorHild, Sabine ; Schwarzinger, Clemens
PublishedLinz, September 2015
Description173 Blätter : Illustrationen
Institutional NoteUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2015
Annotation
Einleitung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Polarisierte Raman Mikroskopie / Biomineralisation / Kalzit / Amorphes Calcium Carbonat / Chitin / Strukur-Funktion-Orientierung / Seeigelzahn / Isopoden / Kristallisation
Keywords (EN)polarized Raman microscopy / biomineralisation / calcite / amorphous calcium carbonate / chitin / structure function orientation / sea urchin tooth / isopods / crystallization
Keywords (GND)Raman-Spektrometer / Konfokale Mikroskopie / Biomineralisation
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-5134 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Polarized confocal Raman microscopy as a powerful tool in the investigation of biomineralized systems [7.16 mb]
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Classification
Abstract (German)

Die Anwendung von Raman Mikroskopie auf Biokomposit Ebene bringt wesentliche Vorteile mit sich, da zum Einen unterschiedlichste anorganische und organische Materialien unterschieden werden können, zum anderen aber auch kristalline Polymorphe anhand der vom Kristallgitter verursachten Gitterschwingung wie zum Beispiel Calcit, Aragonit und Vaterit unterschieden werden können. Durch die Anwendung von Laser Licht mit einer definierten Polarisationsrichtung können zudem auch orientierungsabhängige Eigenschaften, wie zum Beispiel Chitin Faserorientierung oder Calcit Ausrichtung bestimmt werden. Durch das Erstellen einer sogenannten Raman map können ganze Flächen abgerastert werden und so die örtliche Zusammensetzung von Proben unterschiedlichster Art bestimmt werden.

Als Studienmodell diente unter anderem die Kutikula von Isopoden, da selbige sehr unterschiedliche Eigenschaften wie zum Beispiel Härte, aber auch Flexibilität in einem wenige m großen Abschnitt vereinen. Der Aufbau der Kutikula folgt einem streng hierarchischen Aufbau in Epi-, Exo- und Endo-Kutikula sowie einer Membranschicht. Hierbei kommen unterschiedlichste Materialien wie Calcit, amorphes Calciumcarbonat (ACC), Chitin, Phosphat zum Einsatz. Weitere Eigenschaften wie z.B. die Dicke oder die Verteilung der einzelnen Komponenten hängen sehr stark vom Lebensraum und dem Verteidigungsmechanismus der Isopoden Art ab. Die Eigenschaften werden weiter adaptiert wenn andere mechanische Eigenschaften gefordert sind wie zum Beispiel in den Gelenken oder den Augen der Isopoden. Ein zusätzliches Beispiel ist der Seeigelzahn von Paracentrotus lividus, welcher ein gutes Studienmodell zur Beobachtung der Kristallisation von ACC zu CalCit darstellt. Dies passiert beim Seeigelzahn kontinuierlich, da selbiger durch Abnützung nachproduziert werden muss. Durch die Einlagerung von Magnesium in das Calcitgitter wird der Zahn in punkto Härte modifiziert.

Abstract (English)

Confocal Raman microscopy allows a very detailed insight into the framework of biocomposites on structural and compositional level ranging from the meso- to the nano-scale. Several inorganic and organic components can be identified due to their characteristic Raman spectra, but also structural alterations like a change of the chitin fiber direction, as well as changes within the orientation of crystals can be identified with this method. In terms of minerals, polymorphic materials, which are characterized having the same chemical composition, but different Bravais lattice, can be discriminated. A good example is calcium carbonate, which can have amorphous character, and three crystalline forms, which are calcite, vaterite and aragonite. The main advantage of confocal Raman microscopy is its high lateral spatial resolution around 400 nm depending on the microscope objective and laser wavelength. High detailed information on the specimen can be generated if Raman spectral mapping is applied. The tergite cuticle is a very interesting role model, as it combines quite diverse properties like hardness and softness within a single workpiece on m scale. The structure of the isopod tergite cuticle is hierarchically arranged into epi-, exo- and endocuticle as well as membranous layer. Several materials like calcite, amorphous calcium carbonate (ACC), chitin and phosphate are distributed within these levels. The distribution strongly depends on the habitat and the applied defense mechanism. The sea urchin tooth of Paracentrotus lividus is a very interesting system to observe the crystallization of ACC into calcite as fresh tooth material has to be produced continuously.