스크래치 테스트를 사용 하 여 소 피 질 골의 취약성 평가

이 연구의 전반적인 목표는 현미경 스크래치 테스트를 사용하여 중간 규모에서 피질 뼈의 골절 동작을 특성화하는 것입니다. 이 방법은 생체 역학 및 골절 역학 분야의 주요 질문(예: 생물학적 조직의 취약성 또는 소형 뼈의 리모델링)에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 작은 표본에 적합하다는 것입니다.

그것은 엄격하고 재현 가능하며 반 파괴적입니다. 또한 이 방법은 힘과 깊이 측정에만 전적으로 의존하기 때문에 객관적입니다. 이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 대학원생인 Kavya Mendu입니다.

이 절차를 시작하려면 물이 담긴 용기에 얼어붙은 대퇴골을 실온에서 약 2시간 동안 해동합니다. 그런 다음 테이블 탑 다이아몬드 밴드 톱을 사용하여 중간 골격 영역에서 약 10-15mm 두께의 여러 디스크를 절단하여 피질 뼈의 단면적이 균일한 표본을 만듭니다. 그런 다음 박리 키트를 사용하여 피질 뼈에 부착된 연조직이나 살을 제거합니다.

다이아몬드 웨이퍼 블레이드를 사용하여 젖은 상태에서 뼈의 세로 축을 따라 저속으로 대퇴골의 단면을 절단하여 여러 개의 주름진 직육면체 단면을 얻습니다. 다음으로, 초음파 세척기에서 1.5% 음이온 세척제와 5% 표백제 용액에 표본을 20분 동안 세척합니다. 그런 다음 피질 뼈 표본을 아크릴 수지에 삽입하여 먼저 이형제로 곰팡이 벽을 코팅하여 취급의 용이성과 안정성을 높입니다.

그런 다음 아크릴 수지와 경화제를 비커에 섞습니다. 절단된 피질 뼈 표본 중 하나를 긁을 표면이 아래를 향하도록 각 주형에 놓습니다. 아크릴 수지 혼합물을 준비된 표본 홀더에 붓습니다.

혼합 과정에서 갇힌 기포를 제거합니다. 표본이 4-5시간 동안 치료되도록 하십시오. 그런 다음 내장된 표본을 저속으로 5mm 두께의 디스크로 절단하여 표면이 긁히도록 노출시킵니다.

그런 다음 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 직경 34mm, 높이 5mm의 알루미늄 디스크에 표본을 장착합니다. 그런 다음 HBSS에서 충격을 가한 게이지로 표본을 감쌉니다. 그리고 더 사용할 때까지 섭씨 4도에서 냉장 보관하십시오.

이 절차에서는 400방 및 600방 탄화규소지를 사용하여 실온에서 각각 1분 및 5분 동안 소 피질 뼈 표본을 분쇄합니다. 그라인더 폴리셔를 각각 100rpm 및 150rpm의 기본 속도로 유지하십시오. 그 후, 각 단계에서 15분 동안 800 및 1200 그릿 종이에 실온에서 소 피질 뼈 표본을 기계로 분쇄합니다.

그라인더 폴리셔를 기본 속도 150rpm, 헤드 속도 60rpm, 작동 하중 1파운드로 유지하십시오. 3 마이크로 미터, 1 마이크로 미터 및 0.25 마이크로 미터 다이아몬드 현탁액을 동일한 순서로 단단한 천공 된 부직포에 실온에서 각각 90 회 동안 연마합니다. 연마기의 베이스 및 헤드 속도를 각각 300rpm 및 60rpm으로 사용하여 각 단계의 작동 부하를 1파운드로 유지하십시오.

그 후, 부드러운 합성 레이온 천에 0.05 마이크로미터 알루미나 현탁액을 사용하여 실온에서도 각각 100rpm 및 60rpm의 베이스 및 헤드 속도로 1파운드에서 90분 동안 시편을 연마합니다. 시편 연삭 및 연마는 미세 구조를 크게 변경하지 않고 평평한 구조를 생성하는 데 중요합니다. 분쇄 및 연마의 각 연속 단계 사이에 표본을 이이온수가 담긴 비커에 넣고 비커를 초음파 수조에 2분 동안 보관하여 잔류물을 청소하고 교차 오염을 방지합니다.

그런 다음 광학 현미경 또는 SEM 이미징을 사용하여 표면 특징을 봅니다. 피질골 표본을 테스트하기 전에 폴리카보네이트를 사용하여 Rockwell Indenter 팁을 보정합니다. 다음으로, 피질 뼈 표본을 스테이지에 놓고 마이크로 스크래치 테스터 모듈에 통합된 광학 현미경 설정을 사용하여 스크래치 테스트 조준경을 선택합니다.

그런 다음 시작 하중이 30밀리뉴턴이고 끝 하중이 30뉴턴인 선형 점진적 하중을 적용합니다. 적재 속도는 분당 60뉴턴으로 설정하고 스크래치 길이는 3mm로 설정해야 합니다. 조밀한 뼈를 위해 고밀도 영역을 선택하는 것이 필수적입니다.

해면골에 가까운 부위, 미세 기공을 확대하는 영역은 골절 저항성 값이 낮아지므로 피해야 합니다. 그런 다음 짧고 세로로 된 소 피질 뼈 표본에 대해 일련의 스크래치 테스트를 수행합니다. 3-4번의 스크래치 테스트 세트마다 시편 표면을 HBSS로 적셔 수분을 유지하십시오.

그런 다음 비선형 파괴 역학 모델링을 기반으로 스크래치 테스트 데이터를 분석합니다. 여기에 표시된 것은 스크래치 그로브의 파노라마를 보여주는 광학 현미경 이미지입니다. 다음은 스크래치 그로브의 길이를 따른 힘 대 깊이의 해당 플롯입니다.

수평력은 마이크로 스크래치 테스터 스테이지에 부착된 센서가 감지한 저항력에 해당합니다. 그리고 수직력은 피질뼈 표본에 가해지는 점진적인 선형력에 해당합니다. 여기에서 스크래치 그로브의 SEM 이미지는 40X, 10, 000X, 2, 400X 및 5, 000X에서 균열 편향, 균열 브리징, 섬유 브리징 및 치핑과 같은 마이크로 메커니즘을 보여줍니다.

표본 준비 절차를 시도하는 동안 상대 습도를 모니터링하고 국소 탈수를 방지하기 위해 항상 표본을 젖은 상태로 유지하는 것이 중요합니다. 이 절차에 따라 X선 컴퓨터 단층 촬영 실험과 같은 다른 방법을 사용하여 중간 및 미시적 규모에서 파괴 마이크로 메커니즘과 같은 추가 질문에 답할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 단단한 생물학적 조직에 대한 현미경 스크래치 파괴 테스트를 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.