Este estudio evalúa la resistencia a la fractura del hueso cortical bovino a nivel sub-meso mediante pruebas microscópicas de cero. Se trata de un original, objetivo, riguroso, y reproducible método propuesto para probar la resistencia a la fractura debajo de la escala macroscópica. Aplicaciones potenciales están estudiando cambios en la fragilidad del hueso debido a enfermedades como la osteoporosis.
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Artículo de método
Evaluación de la fragilidad del hueso Cortical bovino utilizando pruebas de Scratch
En este artículo
Resumen
Resumen
El hueso es un material complejo jerárquico con cinco niveles distintos de organización. Factores como el envejecimiento y las enfermedades como la osteoporosis aumentan la fragilidad del hueso, lo que es propensa a la fractura. Debido al gran impacto socio-económico de la fractura de hueso en nuestra sociedad, hay una necesidad de nuevas formas evaluar el desempeño mecánico de cada nivel jerárquico del hueso. Rigidez y la fuerza pueden ser sondeados en todas las escalas – nano - micro-, meso-, y macroscópico – evaluación de fractura ha hasta ahora se han limitado a pruebas macroscópicas. Esta limitación restringe nuestro entendimiento de la fractura de hueso y restringe el ámbito de laboratorio y estudios clínicos. En este estudio, investigamos la resistencia de la fractura del hueso de las microscópicas a las escalas de longitud mesoscópica usando las pruebas de scratch micro combinadas con la mecánica de fractura no lineal. Las pruebas se realizan en la orientación longitudinal corto en muestras de hueso cortical bovino. Se desarrolla un minucioso protocolo experimental y un número grande (102) de las pruebas se llevan a cabo para evaluar la resistencia a la fractura de las muestras de hueso cortical mientras que representa la heterogeneidad asociada a microestructura del hueso.
Introducción
En este estudio, medimos la resistencia a la fractura de hueso compacto bovino de la mesoescala (osteons) a microescala (nivel laminar) utilizando una nueva técnica de rayado micro1,2,3,4, 5. Procesos de fractura incluyendo iniciación y crack propagación de grieta en el hueso son directamente influenciados por escalas de la longitud debido a los diferentes componentes estructurales y organización en los diferentes niveles de jerarquía. Por lo tanto, evaluar la fractura de hueso en escalas más pequeñas de l....
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Protocolo
Nota: El protocolo descrito aquí, sigue las pautas de cuidado de los animales de la Comisión de uso y cuidado Animal institucional de Illinois.
1. muestra adquisiciones
- Recoger fémur bovinos recién cosechados de un Estados Unidos Departamento de agricultura USDA certificado matadero y transportan en bolsas de plástico herméticas en una hielera.
Nota: Para el estudio realizado aquí, fémur se obtuvieron de animales que fueron 24-30 meses edad, Morillas y pesados unos 1.000 - 1.100 libras. - Congele el fémur en –20 ° C hasta el inicio del procedimiento de preparación de muestras. Esta temperatura mantiene el fémur....
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Resultados
Microscopía de fuerza atómica fue utilizado para medir la rugosidad de la superficie pulida. Como regla general, la muestra califica como un bien pulido si la rugosidad es un orden de magnitud más pequeño que las características superficiales de interés. En este caso, la aspereza superficial medida de 60 nm en una superficie de μm 40 μm x 40 cae claramente dentro de este criterio.
La figura 4 muestr.......
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Discusión
Micro pruebas scratch inducir una fractura de modo mixto3. Además, en las muestras de hueso cortical bovino longitudinal corto, se activan procesos de fractura como la sonda excava más profundo. Para un arañazo largo 3 mm, el volumen prismático sondeado es alrededor de 3.600 μm de largo, ancho 600 μm y μm 480 profundo. Este gran volumen ayudó a predecir una respuesta homogeneizada. Un modelo de mecánica de fractura no lineal nos permitió extraer la resistencia de la fractura basada en el J
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Civil e ingeniería ambiental y la Facultad de ingeniería en Universidad de Illinois en Urbana Champaign. Reconocemos la Ravindra Kinra y Kavita Kinra beca para apoyar los estudios de posgrado de Kavya Mendu. Investigación de microscopia electrónica de barrido se realizó en las instalaciones del laboratorio de investigación de Material de Frederick Seitz e Instituto Beckman de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| sierra de cinta de diamante de mesa | McMaster Carr, Elmhurst, IL | Modelo C-40 | Velocidad de la hoja de 40 mph; Dimensiones de la hoja: 37 pulgadas de diámetro, 0,02 pulgadas de ancho y 0,14 pulgadas de profundidad |
| Buehler Isomet 5000 Precision Cutter | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 112780 | Velocidad de la cuchilla en el rango de 200-5000 rpm en 50 rpm inquirments; Hoja de oblea de diamante de 8 pulgadas |
| Branson 5800 Ultrasonic Cleanser | (Through) Grainger, Peoria, Illinois | 39J365 | El baño ultrasónico Bransonic CPXH tiene una capacidad de tanque de 2.5 gal |
| Amoladora Buehler Ecomet 250 - Pulidora | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 497250 Placa | base de 8 pulgadas con un rango de velocidad de 10-500 rpm |
| Anton Paar, CSM Instruments Micro probador de rayado | Anton Paar Switzerland AG 163251 | Plataforma compacta, sensor de emisión | |
| Microscopio electrónico de barrido de propósito general JEOL 6060LV | JEOL USA, Inc., Peabody, MA | Microscopio electrónico de barrido ambiental que permite obtener imágenes a bajos niveles de vacío. | |
| Philips XL30 ESEM FEG | funcionamiento en modo húmedo del instrumento permite obtener imágenes de muestras no conductoras sin alterarlas | ||
| Nombre | Company | Número de catálogo | Comentarios |
| >Consumibles | |||
| Fémur bovino | L& M Matadero, Georgetown, IL | Especímenes bovinos maduros alimentados con maíz de 24 a 30 meses de edad. | |
| Limpiador de precisión en polvo Alconox | Alconox, Inc., 30 Glenn St., Ste. 309, White Plains, NY, 10603 | 1104-1 | Biodegradable, no cáustico, libre de residuos |
| acrílicos Fundición de plástico acrílico | de la Microscopía Electrónica | 24210-02 | polimecrilato |
| CarbiMet SiC grano 400, 8 pulgadas, respaldado por PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 36080400 | Esmerilado - Abrasivo Papeles |
| CarbiMet SiC Papel abrasivo grano 600, 8 pulgadas, con respaldo PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 36080600 | Esmerilado - Papeles abrasivos |
| Discos MicroCut de grano 800, 8 pulgadas, con respaldo PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 36080800 | Esmerilado - Papeles abrasivos |
| Discos MicroCut grano 800, 8 pulgadas, respaldados por PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 16081200 | Esmerilado - Papeles abrasivos |
| Texmet P para rueda de 8'' PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 407638 | Paño de pulido |
| Micropaño de 8'' PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 407518 Paño de pulido | |
| Meta di Supreme Suspensión de diamante policristalino, 3 µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 406631 | Suspensión de |
| pulido Meta Di Supreme Suspensión de diamante policristalino, 1 µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 406630 | Suspensión de |
| pulido Meta Di Supreme Suspensión de diamante policristalino, 0.25 µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 406629 | Suspensión de pulido |
| MasterPrep Suspensión de pulido, 0.05µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 40-6377-032 | Suspensión pulidora |
| HBSS, calcio, magnesio, rojo sin fenol | Solución tampón | 14025126 | Thermo Fisher Scientific |
Referencias
- Akono, A., Reis, P., Ulm, F. Scratching as a fracture process: From butter to steel. Phys Rev Lett. 106 (20), 204302-204304 (2011).
- Akono, A. T., Randall, N. X., Ulm, F. J. Experimental determination of the fracture tough....
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Reimpresiones y permisos
