이 연구는 미세한 스크래치 테스트를 사용 하 여 하위 meso 수준 소 외피 뼈의 파괴 인 성을 평가 합니다. 이것은 원래, 목표, 엄격한, 그리고 거시적인 규모 아래 파괴 인 성이을 재현 방법 제안. 잠재적인 응용 프로그램 변화를 공부 하 고 골다공증 같은 질병으로 인해 뼈 취약성에 있다.
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이 논문에서
요약
초록
뼈 조직의 5 가지 수준의 복잡 한 계층적 자료입니다. 노후화 같은 요인 및 질병 골다공증 같은 뼈, 골절 발생 하기 쉬운 그것을 만들기의 취약성 증가. 때문에 우리 사회에서 뼈 골절의 큰 사회 경제적 영향, 뼈의 각 계층 수준에의 기계적인 성능을 평가 하기 위해 새로운 방법을 필요가 있다. 강성과 강도 모든 비늘-나노, 마이크로, meso, 조사 수 있지만 거시적인-골절 평가 지금까지에 국한 거시적인 테스트. 이 제한 뼈 골절에 대 한 우리의 이해를 제한 하 고 실험실 및 임상 연구의 범위를 제한. 이 연구에서 우리는 비선형 파괴 역학과 결합 된 마이크로 스크래치 테스트를 사용 하 여 생체 길이 비늘에 있는 미세한에서 뼈의 분쇄 저항을 조사 합니다. 테스트는 소 외피 뼈 표본에 짧은 경도 방향에서 수행 됩니다. 세심 한 실험 프로토콜 개발 및 테스트의 많은 수 (102) 뼈 미세와 관련 된이 대 한 회계 동안 대뇌 피 질의 뼈 표본의 파괴 인 성 평가를 실시 하 고 있습니다.
서론
이 연구에서 우리는 새로운 마이크로 스크래치 기법1,2,3,4,를 사용 하 여 눈금 (플레이트 수준)에 mesoscale (osteons)에서 소 조밀한 뼈의 골절 인 측정 5. 균열 개시와 균열 전파를 포함 하 여 뼈에 골절 프로세스 직접 길이 비늘 때문에 다른 구조상 성분 및 조직 계층의 다른 수준에 의해 좌우 된다. 따라서, 작은 길이 스케일에서 뼈 골절을 평가 뼈 취약성의 근본적인 이해를 양보 필수적 이다. 한편으로, 3-포인트 절곡 등 기존의 테스트 압축 긴장, 및 굴곡 테스트는 일반적으로 소과 대 퇴 골 및 경골 골절 특성화 거시적인 규모6,7, 에 대 한 실시 8. 다른 한편으로, 미세한 규모 파괴 인 성 측정, 하 비 커의 들여쓰기 골절 제안된9이었다. 마이크로 들여쓰기 방사형 균....
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프로토콜
참고: 여기서 설명 하는 프로토콜 일리노이 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 동물 보호 지침을 따릅니다.
1. 견본 조달
- 미국 학과 농업 미국 농 무부 인증 도살에서에서 갓 수확된 소 화관을 수집 하 고 단단한 플라스틱 공기 냉각기 가방에 그들을 수송.
참고: 여기에 실시 하는 연구를 위해 화관 24-30 개월 오래 되 고, 옥수수, 무게 약 1000-1100 파운드 동물에서 수집 되었다. - 견본 준비 절차의 시작까지 -에서 화관 20 ° C를 고정 합니다. 이 온도 화관 신선한12,,1314를 유지합니다.
2. 절단, 청소, 그리고는 견본을 포함
- 실 온에서 약 2 시간에 대 한 물 컨테이너에 냉동된 화관 녹여
- 여러 개의 디스크에 대해 10-15 m m 두꺼운 외피 뼈의 균일 한 단면적으로 견본을 생산 하는 테이블 톱 다이아몬드 밴드 톱을 사용 하 여 중간 diaphysis 영역에서 잘라.
- 해 부 키트를 사용 ....
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결과
원자 힘 현미경 검사 법은 광택된 표면 거칠기 측정에 사용 되었다. 엄지손가락의 규칙으로는 견본 표면 거칠기의 표면 기능 보다는 더 작은 크기 순서 인 경우 잘 닦 여 진된 것으로 평가가 없습니다. 이 경우에, 60의 측정 된 표면 거칠기 nm 40 µ m x 40 µ m 영역 명확 하 게이 조건 내에서 폭포.
그림 4 는 침투 대 힘 대표적인 처음 테스트 짧은 경도 소 외피 뼈 표본에 수행의 깊이 그래프. 수직 힘 된 증분 로드 하는 동안에, 수평 힘 측정된 저항 조사에 의해 경험입니다. 그림 5 에서는 골절된 짧은 경도 소 외피 뼈의 스캐닝 전자 현미경 이미지. 이 화면은 치핑 및 표면 및 마이크로 크래킹 등 본질적인 결과치 메커니즘의 발생의 벗겨짐, 처.......
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토론
마이크로 스크래치 테스트 유도 혼합 모드 골절3. 또한, 짧은 경도 소 외피 뼈 표본에서 골절 프로세스 프로브 세트 깊은 활성화 됩니다. 3 m m 긴 스크래치에 대 한 조사 프리즘 볼륨 이며 약 3, 600 µ m 긴, 600 µ m 폭, 480 µ m 깊이. 이 대용량 무 균된 응답 예측에 도움이. 비-선형 파괴 역학 모델 J에 따라 골절 저항 추출 있게-정수 계산1,,24.
소 외피 뼈 표본 테스트 이전 게시5에 사용 된 돼지 표본에 비교 될 때 더 큰 영역을 제공 합니다. 그러나, 소과 외피 뼈의 견본으로 돼지에서 미세 기능의 크기에 해당 차이가 있다. 이것 소 표본에 대 한 새로운 연마 프로토콜의 개발을 .......
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공개 사항
저자는 공개 없다.
감사의 글
이 작품은 학과 토목 및 환경 공학 어바나 샴페인 일리노이 대학에서 공학 대학 지원 되었다. 우리는 Kavya Mendu의 대학원 연구를 지원 하기 위한 Ravindra Kinra와 위베 Kinra 친목을 인정 합니다. 스캐닝 전자 현미경 조사 프레드릭 Seitz 소재 연구소와 일리노이 대학 어바나 샴페인에 베크만 연구소의 시설에서 실시 됐다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 테이블 탑 다이아몬드 밴드 톱 | McMaster Carr, Elmhurst, IL | 모델 C-40 | 블레이드 속도 40mph; 블레이드 치수: 직경 37인치, 너비 0.02인치, 깊이 0.14 |
| Buehler Isomet 5000 정밀 커터 | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 112780 | 50rpm incrments에서 200-5000rpm 범위의 블레이드 속도; 8인치 다이아몬드 웨이퍼 블레이드 |
| Branson 5800 초음파 세척기 | (Through) Grainger, Peoria, Illinois | 39J365 | Bransonic CPXH 초음파 수조의 탱크 용량은 2.5갤런 |
| 입니다.Buehler Ecomet 250 그라인더 - 폴리셔 | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 497250 | 8-10rpm의 속도 범위를 가진 500인치 베이스 플레이트 |
| Anton Paar, CSM Instruments 마이크로 스크래치 테스터 | Anton Paar Switzerland AG | 163251 | 컴팩트 플랫폼, Acoutstic 방출 센서 |
| JEOL 6060LV 범용 주사 전자 현미경 | JEOL USA, Inc., Peabody, MA | 낮은 진공 수준에서 이미징을 가능하게 하는 환경 주사 전자 현미경. | |
| 필립스 XL30 ESEM FEG | FEI Company | 기기의 습식 모드 작동은 비전도성 샘플의 이미징을 가능하게 하며, 이를 변경하지 않고도 가능합니다 | |
| Name | Company | 카탈로그 번호 | Comments |
| 소모품 | |||
| 소 대퇴골 | L& M 도축장, 조지 타운, 일리노이 | 옥수수 사료, 24-30 개월 된 성숙한 소 표본. | |
| Alconox 분말 정밀 클리너 | Alconox, Inc., 30 Glenn St., Ste. 309, White Plains, NY, 10603 | 1104-1 | 생분해성, 비부식성, 간섭 잔류물이 없는 |
| 아크릴 플라스틱 주조 | 전자 현미경 과학 | 24210-02 | 폴리메틸 메타크릴레이 |
| 트 CarbiMet SiC 연마지 400그릿, 8인치, PSA 지원 | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 36080400 | 연삭 - 연마제 논문 |
| CarbiMet SiC 연마지 600 그릿, 8 인치, PSA 지원 | Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 36080600 | 연삭 - 연마지 |
| MicroCut 디스크 800 그릿, 8 인치, PSA 지원 | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 36080800 | 연삭 - 연마지 |
| MicroCut 디스크 800 그릿, 8 인치, PSA 지원 | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 16081200 | 연삭 - 연마지 |
| Texmet P 8'' 휠 PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 407638 | 연마 천 |
| 8'' 마이크로클로스 PSA | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 407518 | 연마 천 |
| Meta Di Supreme 다결정 다이아몬드 서스펜션, 3 µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 406631 | 폴리싱 서스펜션 |
| Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 1 µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 406630 | 연마 현탁액 |
| Meta Di Supreme 다결정 다이아몬드 현탁액, 0.25 &마이크로; m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 406629 | 연마 현탁 |
| MasterPrep 연마 현탁액, 0.05µ m | Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 | 40-6377-032 | 연마 현탁액 |
| HBSS, 칼슘, 마그네슘, 페놀 레드 없음 | Thermo Fisher Scientific | 14025126 | 완충액 |
참고문헌
- 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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재인쇄 및 허가
