I masterprosjektet undersøker Leonard hvordan nye, smarte biomaterialer kan bidra til å stimulere dannelsen av nytt bein. Biomaterialet han arbeider med er en myk og formbar masse som består av blandt annet kalsiumfosfat og hyaluronsyre.
Materialene studeres i et pågående EU-samarbeid med partnere ved Justus Liebig University Giessen og Università della Svizzera italiana. I studiene plasseres biomaterialene i såkalte «spinal cages», små implantater som brukes i ryggkirurgi, for å undersøke hvordan de påvirker beinvekst i ryggsøylen.
Fra partikkelakselerator til innsikt i beinets oppbygning
Oppholdet ved DESY ga Leonard tilgang til teknologi som brukes av fysikere, materialforskere og ingeniører fra hele verden.
Røntgenstrålingen produseres i PETRA III, en 2,3 kilometer lang partikkelakselerator ved DESY. I en partikkelakselerator akselereres elektroner til nesten lysets hastighet. Når de endrer retning i en stor ring, sender de ut svært kraftig og presis røntgenstråling.
Strålingen ledes videre til en såkalt beamline, et spesialisert eksperimentområde der røntgenlyset brukes til avanserte målinger. Leonard arbeidet ved P62 SAXSMAT-beamlinen, der forskere bruker teknikker kalt SAXS og WAXS for å analysere materialers struktur.
Metodene gjør det mulig å undersøke hvordan et materiale er bygd opp, fra større strukturer ned til nanonivå, som er milliarddels meter. De kan blant annet analysere ultrastruktur i bein. Ultrastruktur i bein betyr hvordan beinet er bygd opp helt ned på de aller minste nivåene. Her handler det om hvordan kollagen og mineraler er organisert i vevet.
En viktig fordel med denne teknikken er at man kan undersøke slike strukturer over større områder av prøven enn det som er mulig med vanlige mikroskop.
Målinger innen et stramt tidsvindu
Tilgangen til anlegget var nøye planlagt på forhånd.
– Målingene måtte gjennomføres innen et stramt og forhåndstildelt tidsvindu, noe som innebar at vi måtte fullføre alle analysene innen en fastsatt periode. Det krevde god planlegging og effektiv gjennomføring, forteller Leonard.
Underveis oppsto det også praktiske utfordringer.
– Vi måtte tilpasse størrelsen på prøvene for at de skulle passe i instrumentet, og endte med å bruke en saks vi fant i en kontorskuff. Det ble litt spøkefullt omtalt som «brukt saks for å gjennomføre SAXS», sier han.
Han beskriver også hvor presis infrastrukturen må være:
– Røntgenstrålene dannes i synkrotronen, og analysepunktet ligger omtrent 40 meter unna. Selv en minimal bevegelse kan gjøre at strålen bommer på prøven, derfor er anlegget konstruert for maksimal stabilitet.
Elektronene produseres først i en egen kilde før de sendes videre inn i akseleratoren, der de går rundt i den 2,3 kilometer lange ringen med nesten lysets hastighet.
En faglig erfaring i verdensklasse
Sommerstipendet ga Leonard erfaring med internasjonalt forskningssamarbeid og avanserte analyseteknikker som sjelden er tilgjengelige innen odontologi. Oppholdet ved DESY viser hvordan et sommerstipend kan åpne døren til forskning i verdensklasse.