Name: Ocena kruchości kości korowej bydła za pomocą testów zadrapań (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 36 s
Description: Poznaj mikroskopowe testy zadrapań do oceny kruchości kości korowej bydła. Ta rygorystyczna metoda półdestrukcyjna pozwala badać wytrzymałość na złamanie małych próbek w biomechanice.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Departament Inżynierii Lądowej i Środowiska oraz College of Engineering na Uniwersytecie Illinois w Urbana Champaign. Dziękujemy stypendium Ravindra Kinra i Kavita Kinra za wspieranie studiów podyplomowych Kavyi Mendu. Badania za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej przeprowadzono w obiektach Laboratorium Badań Materiałowych im. Fredericka Seitza oraz Instytutu Beckmana na Uniwersytecie Illinois w Urbana Champaign.

UWAGA: Opisany tutaj protokół jest zgodny z wytycznymi Illinois Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Pobieranie próbek
<ol>
	<li>Zbierz świeżo zebrane kości udowe bydła z rzeźni certyfikowanej przez Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) i transportuj je w plastikowych, hermetycznych workach w chłodziarce. 
	UWAGA: Na potrzeby przeprowadzonego tutaj badania kości udowe pobrano od zwierząt w wieku 24-30 miesięcy, karmionych kukurydzą i ważących około 1,000 - 1,100 funtów.</li>
	<li>Zamrozić kości udowe w temperaturze -20 °C do czasu rozpoczęcia procedury przygotowania próbki. Ta temperatura sprawia, że kości udowe są świeże12,13,14.</li>
</ol>
2. Cięcie, czyszczenie i osadzanie próbek
<ol>
	<li>Zamrożone kości udowe rozmrażać w pojemniku z wodą przez około 2 godziny w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Wytnij wiele krążków o grubości około 10 - 15 mm od środkowej części trzonu za pomocą diamentowej piły taśmowej do blatu, aby uzyskać próbki o jednolitym polu przekroju kości korowej.</li>
	<li>Użyj zestawu do preparowania, aby usunąć wszelkie tkanki miękkie lub mięso przyczepione do kości korowej.</li>
	<li>Przeciąć przekroje kości udowych uzyskane w kroku 2.2 za pomocą diamentowego ostrza do płytek na pilarce o niskiej prędkości w wilgotnych warunkach wzdłuż osi podłużnej kości, aby uzyskać wiele mniej więcej prostopadłościennych przekrojów. 
	UWAGA: W tym miejscu omówiono tylko przygotowanie próbek i próby zarysowania wykonywane na krótkich – podłużnych próbkach. Jednak z wyjątkiem kierunku cięcia, procedura przygotowania pozostaje taka sama dla orientacji poprzecznej.</li>
	<li>Próbki należy czyścić w roztworze przygotowanym przy użyciu 1,5% anionowego środka czyszczącego i 5% wybielacza przez 20 minut w myjce ultradźwiękowej.</li>
	<li>Osadź próbki kości korowych w żywicy akrylowej (w tym przypadku polimetakrylanu metylu (PMMA)) dla łatwości obsługi i stabilności.
	<ol>
		<li>Aby osadzić próbki, najpierw pokryj ścianki formy środkiem antyadhezyjnym. Następnie wymieszaj żywicę akrylową i utwardzacz w zlewce, zgodnie z instrukcją podaną przez producenta PMMA.</li>
		<li>Umieść jeden z wyciętych próbek kości korowej w każdej formie tak, aby powierzchnia, która ma być zarysowana, była skierowana w dół. Wlej mieszankę żywicy akrylowej do przygotowanych uchwytów na próbki. Pozwól próbkom utwardzić się przez okres do 4 - 5 godzin.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pociąć osadzone próbki na krążki o grubości 5 mm, odsłaniając powierzchnię do zarysowania, za pomocą piły wolnoobrotowej i zamontować próbki na metalowych (aluminiowych) krążkach o średnicy 34 mm i wysokości 5 mm za pomocą kleju cyjanoakrylowego.</li>
	<li>Zawiń próbki w miernik nasączony zrównoważonym roztworem soli fizjologicznej Hanksa (HBSS) i wstaw do lodówki w temperaturze 4 °C do dalszego użycia15,16.</li>
</ol>
3. Protokoły szlifowania i polerowania
UWAGA: Warunkiem koniecznym do przeprowadzenia bardzo precyzyjnych testów w małych skalach jest gładka i wyrównana powierzchnia próbek. Poprzednie protokoły polerowania13,17 powodowały dużą chropowatość powierzchni, co prowadziło do znacznych niedokładności pomiaru. Wyzwanie polega na osiągnięciu niskiej średniej chropowatości powierzchni, poniżej 100 nm, na dużej powierzchni 3 x 8 mm2.
<ol>
	<li>Próbki kości korowych bydła należy zmielić w temperaturze pokojowej za pomocą papierów z węglika krzemu o ziarnistości 400 i 600 odpowiednio przez 1 minutę i 5 minut. Utrzymuj szlifierko-polerkę na podstawowych prędkościach odpowiednio 100 obr./min i 150 obr./min.</li>
	<li>Próbki kości kory mózgowej bydła należy mielić maszynowo w temperaturze pokojowej na papierach o ziarnistości 800 i 1200 przez 15 minut na każdym etapie. Utrzymuj szlifierko-polerkę na prędkości podstawowej 150 obr./min, prędkości głowicy 60 obr./min i obciążeniu roboczym 1 funta.</li>
	<li>Wypolerować próbki przy użyciu roztworów zawiesiny diamentowej o sile 3 μm, 1 μm i 0,25 μm w tej samej kolejności na twardej, perforowanej włókninie przez czas 90 minut każda w temperaturze pokojowej. Utrzymuj obciążenie robocze dla każdego kroku na poziomie 1 funta przy prędkościach podstawy i głowicy polerki odpowiednio 300 obr./min i 60 obr./min.</li>
	<li>Wypolerować próbkę przy użyciu roztworu zawiesiny tlenku glinu o stężeniu 0,05 μm na miękkiej, syntetycznej tkaninie ze sztucznego jedwabiu przez 90 minut przy 1 funcie przy prędkości podstawy i głowicy odpowiednio 100 obr./min i 60 obr./min, również w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Umieść próbki w zlewce z wodą dejonizowaną i umieść zlewkę w kąpieli ultradźwiękowej na 2 minuty pomiędzy każdym kolejnym etapem mielenia i polerowania, aby oczyścić pozostałości i uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego.</li>
	<li>Wyświetlanie cech powierzchni za pomocą mikroskopii optycznej i obrazowania SEM. 
	UWAGA: Jak pokazano w Rysunek 1, na próbkach kości kory bydła zaobserwowano osteony, kanały Haversa, linie cementowe, obszary śródmiąższowe i luki. Te metody obrazowania ujawniają porowatą, niejednorodną i anizotropową naturę próbek kości korowych. Dodatkowo przeprowadzono zaawansowane badania powierzchni próbek w celu oceny jakości polerowanej powierzchni. Reprezentatywna wypolerowana powierzchnia jest pokazana na Rysunek 2.</li>
</ol>
4. Test mikrozarysowania
UWAGA: Testy mikrozarysowań są wykonywane na wypolerowanych próbkach kości korowej bydła za pomocą testera mikro zarysowań (<silna klasa="xfig">Rysunek 3). Do badania używany jest diamentowy wgłębnik Rockwella o promieniu końcówki 200 μm i kącie wierzchołka 120°. Przyrząd umożliwia zastosowanie liniowego obciążenia progresywnego do 30 N. Ponadto instrument jest wyposażony w czujniki o wysokiej dokładności do pomiaru obciążenia poziomego, głębokości penetracji i emisji akustycznych generowanych w wyniku zarysowania. Instrument może rejestrować panoramy rowków scratch.
<ol>
	<li>Przed przystąpieniem do badania próbek kości korowych należy skalibrować końcówkę wgłębnika Rockwella, używając poliwęglanu jako materiału referencyjnego3.</li>
	<li>Umieść próbkę kości korowej na stoliku i wybierz miejsce testu zarysowania za pomocą mikroskopu optycznego zintegrowanego z modułem testera mikrozarysowań.</li>
	<li>Zastosować liniowe obciążenie progresywne z obciążeniem początkowym 30 mN i obciążeniem końcowym 30 N. Szybkość załadunku powinna być ustawiona na 60 N/min, a długość zarysowania na 3 mm.</li>
	<li>Wykonaj serię testów zarysowania na krótkich podłużnych (<klasa silna="xfig">Rysunek 3b) próbkach kości korowej bydła, jak pokazano w <silna klasa="xfig">Rysunek 3.</li>
	<li>Zwilż powierzchnię próbki HBSS po zestawie co trzy do czterech testów zarysowania, aby utrzymać je nawodnione.</li>
	<li>Przeanalizuj dane z testu zarysowania w oparciu o modelowanie nieliniowej mechaniki pękania2.</li>
</ol>

<ol><li>Akono, A., Reis, P., Ulm, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scratching+as+a+fracture+process%3A+From+butter+to+steel%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Scratching as a fracture process: From butter to steel.</a> Phys Rev Lett. 106 (20), 204302-204304 (2011).</li>
<li>Akono, A. T., Randall, N. X., Ulm, F. J. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-materials-research/article/experimental-determination-of-the-fracture-toughness-via-microscratch-tests-application-to-polymers-ceramics-and-metals/77F2DBD39131579AD83C981C8BCB7C0B">Experimental determination of the fracture toughness via microscratch tests: application to polymers, ceramics, and metals.</a> J of Mat Res. 27 (02), 485-493 (2012).</li>
<li>Akono, A. T., Ulm, F. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164814000593">An improved technique for characterizing the fracture toughness via scratch test experiments.</a> Wear. 313 (1-2), (2014).</li>
<li>Akono, A. T. <a target="_blank" href="http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/(ASCE)NM.2153-5477.0000105">Energetic size effect law at the microscopic scale: Application to progressive-load scratch testing.</a> J of Nanomech and Micromech. 6 (2), (2016).</li>
<li>Kataruka, A., Mendu, K., Okeoghene, O., Puthuvelil, J., Akono, A. -T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+assessment+of+bone+toughness+using+scratch+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Bone+Reports%22%5BJournal%5D)">Microscopic assessment of bone toughness using scratch tests.</a> Bone Reports. 6, 17-25 (2017).</li>
<li>Melvin, J. W., Evans, F. G. Crack propagation in bone. ASME Biomech Symp. , New York. (1973).</li>
<li>Norman, T. L., Vashishth, D., Burr, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+groove+on+bone+fracture+toughness%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Biomech%22%5BJournal%5D)">Effect of groove on bone fracture toughness.</a> J of Biomech. 25 (12), 1489-1492 (1992).</li>
<li>Behiri, J. C., Bonfield, W. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00550605">Crack velocity dependence of longitudinal fracture in bone.</a> J of Mat Sc. 15 (7), 1841-1849 (1980).</li>
<li>Mullins, L. P., Bruzzi, M. S., McHugh, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+microstructural+fracture+toughness+of+cortical+bone+using+indentation+fracture%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Biomech%22%5BJournal%5D)">Measurement of the microstructural fracture toughness of cortical bone using indentation fracture.</a> J of Biomech. 40 (14), 3285-3288 (2007).</li>
<li>Harding, D. S., Oliver, W. C., Pharr, G. M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-online-proceedings-library-archive/article/cracking-during-nanoindentation-and-its-use-in-the-measurement-of-fracture-toughness/B98631CB666CA3CD3D554135BEC2D845">Cracking during nanoindentation and its use in the measurement of fracture toughness.</a> MRS Proceedings. 356, Cambridge University Press. 663-668 (1994).</li>
<li>Islam, A., Dong, X. N., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanistic+modeling+of+a+nanoscratch+test+for+determination+of+in+situ+toughness+of+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+the+Mech+Bhvr+of+Biomed+Mat%22%5BJournal%5D)">Mechanistic modeling of a nanoscratch test for determination of in situ toughness of bone.</a> J of the Mech Bhvr of Biomed Mat. 5 (1), 156-164 (2012).</li>
<li>McAlden, R. W., McGeogh, J. A., Barker, M. B., Court-Brown, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+changes+in+the+tensile+properties+of+cortical+bone%3A+the+relative+importance+of+changes+in+porosity%2C+mineralization+and+microstructure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Bone+Joint+Surg%22%5BJournal%5D)">Age-related changes in the tensile properties of cortical bone: the relative importance of changes in porosity, mineralization and microstructure.</a> J. Bone Joint Surg. 75, 1193-1205 (1993).</li>
<li>Zioupos, P., Gresle, M., Winwood, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fatigue+strength+of+human+cortical+bone%3A+age%2C+physical%2C+and+material+heterogeneity+effects%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Biomed+Mat+Res+Part+A%22%5BJournal%5D)">Fatigue strength of human cortical bone: age, physical, and material heterogeneity effects.</a> J of Biomed Mat Res Part A. 86 (3), 627-636 (2008).</li>
<li>Linde, F., Sørensen, H. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+different+storage+methods+on+the+mechanical+properties+of+trabecular+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Biomech%22%5BJournal%5D)">The effect of different storage methods on the mechanical properties of trabecular bone.</a> J of Biomech. 26 (10), 1249-1252 (1993).</li>
<li>Zioupos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accumulation+of+in-vivo+fatigue+microdamage+and+its+relation+to+biomechanical+properties+in+ageing+human+cortical+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Microscopy%22%5BJournal%5D)">Accumulation of in-vivo fatigue microdamage and its relation to biomechanical properties in ageing human cortical bone.</a> J of Microscopy. 201 (2), 270-278 (2001).</li>
<li>Yan, J., Clifton, K. B., Mecholsky, J. J., Reep, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fracture+toughness+of+manatee+rib+and+bovine+femur+using+a+chevron-notched+beam+test%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Biomech%22%5BJournal%5D)">Fracture toughness of manatee rib and bovine femur using a chevron-notched beam test.</a> J of Biomech. 39 (6), 1066-1074 (2006).</li>
<li>Xu, J., Rho, J. Y., Mishra, S. R., Fan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+force+microscopy+and+nanoindentation+characterization+of+human+lamellar+bone+prepared+by+microtome+sectioning+and+mechanical+polishing+technique%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Biomed+Mat+ResPart+A%22%5BJournal%5D)">Atomic force microscopy and nanoindentation characterization of human lamellar bone prepared by microtome sectioning and mechanical polishing technique.</a> J of Biomed Mat ResPart A. 67 (3), 719-726 (2003).</li>
<li>Yan, J., Mecholsky, J. J., Clifton, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+tough+is+bone%3F+Application+of+elastic%E2%80%93plastic+fracture+mechanics+to+bone%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">How tough is bone? Application of elastic–plastic fracture mechanics to bone.</a> Bone. 40 (2), 479-484 (2007).</li>
<li>Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+conflicts+between+strength+and+toughness%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">The conflicts between strength and toughness.</a> Nat Mater. 10 (11), 817-822 (2011).</li>
<li>Kim, K. T., Bažant, Z. P., Yu, Q. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10704-013-9821-8">Non-uniqueness of cohesive-crack stress-separation law of human and bovine bones and remedy by size effect tests.</a> Intrnl J of Frac. 181 (1), 67-81 (2013).</li>
<li>Bazant, Z. P., Planas, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBazant%2C+ZP+%22Fracture+and+size+effect+in+concrete+and+other+quasibrittle+materials%22">Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials</a>. 16, CRC press. (1997).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Testy mikrozarysowań wywołują pęknięcie w trybie mieszanym3. Co więcej, w krótkich podłużnych próbkach kory mózgowej bydła procesy pękania są aktywowane, gdy sonda zagłębia się w siebie. W przypadku rysy o długości 3 mm sondowana objętość pryzmatyczna ma około 3 600 μm długości, 600 μm szerokości i 480 μm głębokości. Ta duża objętość pomogła w przewidywaniu homogenizowanej odpowiedzi. Model nieliniowej mechaniki pękania umożliwił nam wyodrębnienie nośności na pękanie w oparciu o obliczenia całki <...

W tym badaniu mierzymy odporność na złamania zbitej kości bydlęcej od mezoskali (osteony) do mikroskali (poziom blaszkowy) przy użyciu nowatorskiej techniki mikro drapania1,2,3,4,5. Na procesy pękania, w tym inicjację i propagację pęknięć w kościach, bezpośredni wpływ mają skale długości ze względu na różne składniki strukturalne i organizację na różnych poziomach hierarchii. Dlatego ocena złamań kości w mniejszych skalach długości jest niezbędna do uzyskania podstawowego zrozumienia kruchości kości. Z jednej strony, konwencjonalne testy, takie jak zginanie trzypunktowe, kompaktowe rozciąganie i testy zginania, są powszechnie przeprowadzane na kości udowej i piszczelowej bydła w celu scharakteryzowania złamań w skali makroskopowej6,7,8. Z drugiej strony, aby zmierzyć odporność na pękanie w skali mikroskopowej, zaproponowano złamanie wgniecenia Vickera9. Mikrowgłębienie wykonano przy użyciu wgłębnika Vickera w celu wygenerowania pęknięć promieniowych. Ponadto metodę odporności na pękanie metodą nanoindentation Oliver Pharr wykonano przy użyciu ostrego narożnika sześciennego indenter10.
W powyższych badaniach odporności na pękanie opartych na nanowgłębieniach, długość powstałych w ten sposób pęknięć została zmierzona przez obserwatora, a do obliczenia odporności na pękanie użyto półempirycznego modelu. Metody te są jednak niepowtarzalne, subiektywne, a wyniki w dużym stopniu zależą od umiejętności obserwatora ze względu na konieczność zmierzenia długości pęknięć za pomocą mikroskopii optycznej lub skaningowej mikroskopii elektronowej. Co więcej, testy zarysowania zostały przeprowadzone w skali nano, ale podstawowy model matematyczny nie jest oparty na fizyce, ponieważ nie uwzględnia zmniejszenia wytrzymałości z powodu pęknięć i defektów11. W związku z tym istnieje luka w wiedzy: metoda oceny złamań na poziomie mikroskopowym oparta na modelu mechanistycznym opartym na fizyce. Ta luka w wiedzy zmotywowała do zastosowania testów mikrozarysowań do zagęszczenia kości, skupiając się najpierw na próbkach świń5. Badanie zostało teraz rozszerzone, aby zrozumieć kość korową bydła.
Możliwe są dwie różne orientacje próbek: podłużna poprzeczna i krótka podłużna. Podłużne poprzeczne odpowiada właściwościom złamania prostopadłym do osi podłużnej kości udowej. Natomiast krótkie podłużne odpowiada właściwościom złamania wzdłuż osi podłużnej kości udowej5. W tym badaniu stosujemy test zarysowania na kościach korowych bydła, aby scharakteryzować odporność kości na złamania w krótkim kierunku wzdłużnym.

<table><tbody><tr><td>Diamentowa piła taśmowa stołowa McMaster</td><td>Carr, Elmhurst, IL</td><td>Model&nbsp; C-40</td><td>Prędkość ostrza 40 mil na godzinę; Wymiary ostrza: 37 cali średnicy, 0,02 cala szerokości i 0,14 cala głębokości</td></tr><tr><td>Buehler Isomet 5000 Precyzyjny nóż</td><td>Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>112780</td><td>Prędkość ostrza w zakresie 200-5000 obr./min w przyrostach co 50 obr./min; 8-calowe diamentowe ostrze waflowe</td></tr><tr><td>Branson 5800 Ultradźwiękowy środek czyszczący</td> <td>(przez) Grainger, Peoria, Illinois</td> Kąpiel ultradźwiękowa <td>39J365</td><td>Bransonic CPXH ma pojemność zbiornika 2,5 galona</td></tr><tr><td>Szlifierka Buehler Ecomet 250 - Polerka</td><td>Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>497250</td><td>8-calowa płyta podstawy o zakresie prędkości od 10-500 obr./min</td></tr><tr><td>Anton Paar, CSM Instruments Tester zarysowań mikro</td> Anton <td>Paar Szwajcaria AG</td><td>163251</td><td>Kompaktowa platforma, czujnik emisji Acoutstic</td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy ogólnego przeznaczenia JEOL 6060LV</td><td>JEOL USA, Inc., Peabody, MA</td><td></td><td>Środowiskowy skaningowy mikroskop elektronowy, który umożliwia obrazowanie przy niskich poziomach próżni.</td></tr><tr><td>Philips XL30 ESEM FEG&nbsp;</td><td>FEI Company</td><td></td><td>Praca w trybie mokrym urządzenia umożliwia obrazowanie próbek nieprzewodzących bez ich zmiany&nbsp;</td></tr><tr><td>Nazwa</td><td>Firma</td><td>Numer katalogowy</td><td>Komentarze</td></tr><tr><td>Materiały eksploatacyjne</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kość udowa bydlęca</td><td>L& M Rzeźnia, Georgetown, IL</td><td></td><td>Karmione kukurydzą, 24-30 miesięczne dojrzałe okazy bydła.</td></tr><tr><td>Precyzyjny środek czyszczący w proszku</td><td>Alconox, Inc., 30 Glenn St., Ste. 309, White Plains, NY, 10603</td><td>1104-1</td><td>Biodegradowalny, nieżrący, wolny od zakłóceń</td></tr><tr><td>odlew z tworzywa akrylowego</td><td>Mikroskopia elektronowa Sciences</td><td>24210-02</td><td>Polimetakrylan metylu</td></tr><tr><td>CarbiMet SiC Papier ścierny o ziarnistości 400, 8 cali, z podkładem PSA</td><td>Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>36080400</td><td>Szlifowanie - ścierne Papiery</td></tr><tr><td>ścierne CarbiMet SiC o ziarnistości 600, 8 cali, z podkładem PSA</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>36080600</td><td>Szlifowanie - Papiery ścierne</td></tr><tr><td>Tarcze MicroCut o ziarnistości 800, 8 cali, z podkładem PSA</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>36080800</td><td>Szlifowanie - Papiery ścierne</td></tr><tr><td>Tarcze MicroCut o ziarnistości 800, 8 cali, z podkładem PSA</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td></td><td>16081200 Szlifowanie - Bibuły ścierne</td></tr><tr><td>Texmet P Do 8-calowego koła PSA</td><td>Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td></td><td>407638 Ściereczka do polerowania</td></tr><tr><td>8-calowa mikrościereczka PSA</td><td>Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>407518</td><td>Ściereczka do polerowania</td></tr><tr><td>Meta Di Supreme Zawieszenie z polikrystalicznego diamentu, 3 &mikro; m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>406631</td><td>Zawieszenie do polerowania</td></tr><tr><td>Meta Di Supreme Zawieszenie z polikrystalicznego diamentu, 1 i mikro; m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>406630</td><td>Zawieszenie polerskie</td></tr><tr><td>Meta Di Supreme Zawieszenie z polikrystalicznego diamentu, 0,25 i mikro; m</td><td>Buehler, 41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>406629</td><td>Zawieszenie do polerowania</td></tr><tr><td>Zawieszenie do polerowania MasterPrep, 0,05 i mikro; m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>40-6377-032</td><td>Zawiesina polerska</td></tr><tr><td>HBSS, wapń, magnez, bez czerwieni fenolowej</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14025126</td><td>Roztwór buforowy</td></tr></tbody></table>

ocena kruchości kości korowej bydła za pomocą testów zadrapań

Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests

Kość to złożony materiał hierarchiczny z pięcioma odrębnymi poziomami organizacji. Czynniki takie jak starzenie się i choroby takie jak osteoporoza zwiększają kruchość kości, czyniąc je podatnymi na złamania. Ze względu na duży społeczno-ekonomiczny wpływ złamań kości na nasze społeczeństwo, istnieje zapotrzebowanie na nowatorskie sposoby oceny sprawności mechanicznej każdego hierarchicznego poziomu kości. Chociaż sztywność i wytrzymałość można badać we wszystkich skalach – nano-, mikro-, mezo- i makroskopowych – ocena pęknięć była do tej pory ograniczona do badań makroskopowych. To ograniczenie ogranicza naszą wiedzę na temat złamań kości i ogranicza zakres badań laboratoryjnych i klinicznych. W tym badaniu badamy odporność kości na złamania od mikroskopijnej do mezoskopowej skali długości za pomocą testów mikrozarysowania w połączeniu z nieliniową mechaniką złamań. Badania wykonuje się w krótkiej orientacji podłużnej na próbkach kości korowej bydła. Opracowano skrupulatny protokół eksperymentalny i przeprowadzono dużą liczbę (102) testów w celu oceny odporności na złamania próbek kości korowych przy jednoczesnym uwzględnieniu niejednorodności związanej z mikrostrukturą kości.

Do pomiaru chropowatości polerowanej powierzchni wykorzystano mikroskopię sił atomowych. Przyjmuje się, że próbka jest uznawana za dobrze wypolerowaną, jeśli chropowatość powierzchni jest o rząd wielkości mniejsza niż analizowane cechy powierzchni. W tym przypadku zmierzona chropowatość powierzchni wynosząca 60 nm na obszarze 40 µm x 40 µm wyraźnie spełnia to kryterium.
Rysunek 4 przedstawia wykresy...

To badanie ocenia wytrzymałość na złamania kości korowej bydła na poziomie sub-mezo za pomocą mikroskopowych testów zadrapań. Jest to oryginalna, obiektywna, rygorystyczna i powtarzalna metoda proponowana do badania odporności na pękanie poniżej skali makroskopowej. Potencjalne zastosowania to badanie zmian w kruchości kości spowodowanych chorobami takimi jak osteoporoza.

Ocena kruchości kości korowej bydła za pomocą testów zadrapań

Bone is a complex hierarchical material with five distinct levels of organization. Factors like aging and diseases like osteoporosis increase the ...

Ogólnym celem tego badania jest scharakteryzowanie złamanego zachowania kości korowej w mezoskali za pomocą mikroskopowych testów zadrapań. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z dziedziny biomechaniki i mechaniki pęknięć, takie jak kruchość tkanek biologicznych lub przebudowa zbitych kości. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest odpowiednia dla małych okazów.Jest rygorystyczny, powtarzalny i półdestrukcyjny. Ponadto metoda jest obiektywna, ponieważ opieramy się wyłącznie na pomiarach siły i głębokości. Procedurę zademonstruje Kavya Mendu, doktorantka w moim laboratorium.Aby rozpocząć tę procedurę, rozmrażaj zamrożone kości udowe w pojemniku z wodą przez około dwie godziny w temperaturze pokojowej. Następnie wytnij wiele dysków o grubości około 10-15 milimetrów od środkowego obszaru trzonu za pomocą diamentowej piły taśmowej do blatu, aby uzyskać próbki o jednolitym polu przekroju poprzecznego kości korowej. Następnie użyj zestawu do preparowania, aby usunąć wszelkie tkanki miękkie lub mięso przyczepione do kości korowej.Przeciąć przekroje kości udowych za pomocą diamentowego ostrza waflowego z małą prędkością wzdłuż osi podłużnej kości w wilgotnych warunkach, aby uzyskać wielokrotne, falbaniaste prostopadłościenne przekroje. Następnie wyczyść próbki w roztworze 1,5% anionowego środka czyszczącego i 5% wybielacza przez 20 minut w myjce ultradźwiękowej. Następnie zanurz próbki kości korowej w żywicy akrylowej, aby ułatwić obsługę i stabilność, najpierw pokrywając ściany formy środkiem antyadhezyjnym.Następnie wymieszaj żywicę akrylową i utwardzacz w zlewce. Umieść jeden z wyciętych próbek kości korowej w każdej formie tak, aby powierzchnia, która ma być zarysowana, była skierowana w dół. Wlej mieszankę żywicy akrylowej do przygotowanych uchwytów na próbki.Usunąć pęcherzyki powietrza uwięzione podczas procesu mieszania. Niech próbki utwardzą się dla nas do czterech do pięciu godzin. Następnie pokrój osadzone próbki na krążki o grubości pięciu milimetrów z małą prędkością, odsłaniając powierzchnię do zarysowania.Następnie zamontuj próbki na aluminiowych dyskach o średnicy 34 milimetrów i wysokości pięciu milimetrów za pomocą kleju cyjanoakrylowego. Następnie zawiń próbki w miernik wstrząsany HBSS. I wstaw do lodówki w temperaturze czterech stopni Celsjusza do dalszego użycia.W tej procedurze należy zmielić próbki kości korowej bydła w temperaturze pokojowej za pomocą papierów z węglika krzemu o ziarnistości 400 i 600 odpowiednio przez jedną minutę i pięć minut. Utrzymuj szlifierkę polerską na podstawowych prędkościach odpowiednio 100 obr./min i 150 obr./min. Następnie mielej maszynowo próbki kości kory bydlęcej w temperaturze pokojowej na papierach o ziarnistości 800 i 1200 przez 15 minut na każdym etapie.Utrzymuj szlifierkę polerską na prędkości podstawowej 150 obr./min, prędkości głowicy 60 obr./min i obciążeniu roboczym jednego funta. Wypolerować próbki za pomocą trzech mikrometrów, jednego mikrometra i 0,25 mikrometra zawiesiny diamentowej w tej samej kolejności na twardej, perforowanej włókninie przez czas 90 każda w temperaturze pokojowej. Utrzymuj obciążenie robocze dla każdego kroku na poziomie jednego funta, przy prędkościach podstawy i głowicy polerki odpowiednio 300 obr./min i 60 obr./min.Następnie wypoleruj próbkę za pomocą roztworu zawiesiny tlenku glinu o wielkości 0,05 mikrometra na miękkiej, syntetycznej tkaninie ze sztucznego jedwabiu przez 90 minut przy jednym funcie, przy prędkości podstawy i głowicy odpowiednio 100 obr./min i 60 obr./min, również w temperaturze pokojowej. Szlifowanie i polerowanie próbek ma kluczowe znaczenie dla uzyskania płaskiej struktury bez znaczącej zmiany mikrostruktury. Pomiędzy każdym kolejnym etapem mielenia i polerowania umieść próbki w zlewce z wodą dijonizowaną i trzymaj zlewkę w kąpieli ultradźwiękowej przez dwie minuty, aby oczyścić pozostałości i uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego.Następnie obejrzyj cechy powierzchni za pomocą mikroskopu optycznego lub obrazowania SEM. Przed przystąpieniem do badania próbek kości korowych należy skalibrować końcówkę wgłębnika Rockwella za pomocą poliwęglanu. Następnie umieść próbkę kości korowej na stoliku i wybierz widok testu zarysowania za pomocą mikroskopu optycznego zintegrowanego z modułem testera mikrozarysowań.Następnie należy zastosować liniowe obciążenie progresywne z obciążeniem początkowym 30 miliniutonów i obciążeniem końcowym 30 niutonów. Szybkość ładowania powinna być ustawiona na 60 niutonów na minutę, a długość rysy na trzy milimetry. Konieczne jest wybranie obszaru o dużej gęstości dla zwartej kości.Należy unikać obszarów w pobliżu kości gąbczastej, powiększających mikropory, ponieważ skutkują one niskimi wartościami odporności na złamania. Następnie wykonaj serię testów zarysowania na krótkich, podłużnych próbkach kości korowej bydła. Zwilż powierzchnię próbki HBSS po każdym zestawie trzech do czterech testów zarysowania, aby utrzymać je nawodnione.Następnie przeanalizuj dane z testu zarysowania w oparciu o nieliniowe modelowanie mechaniczne pękania. Pokazany tutaj jest obraz z mikroskopii optycznej panoramy zagajnika. Oto odpowiedni wykres siły w funkcji głębokości na całej długości zagłębienia.Siła pozioma odpowiada sile rezystancyjnej wykrytej przez czujniki przymocowane do stolika testera zarysowań z mikrouszkodzeniami. A siła pionowa odpowiada progresywnej sile liniowej przyłożonej do próbki kości korowej. Zdjęcia SEM zagłębienia w zarysowania pokazują mikromechanizmy, takie jak ugięcie pęknięć, mostkowanie pęknięć, mostkowanie włókien i odpryskiwanie przy 40X, 10 000X, 2, 400X i 5 000X.Podczas próby przygotowania próbki ważne jest, aby monitorować wilgotność względną i utrzymywać próbki w stanie mokrym przez cały czas, aby zapobiec miejscowemu odwodnieniu. Zgodnie z tą procedurą można przeprowadzić inne metody, takie jak eksperymenty z rentgenowską tomografią komputerową, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak mikromechanizmy pęknięć w skali mezo- i mikroskopowej. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzać mikroskopijne testy pęknięć zadrapań na twardych tkankach biologicznych.

fragility-assessment-of-bovine-cortical-bone-using-scratch-tests

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Przedstawiono krótki protokół badania klinicznego, który ma pomóc w wykrywaniu klasycznej i nietypowej trzęsawki owiec i kóz.

Protokół badania klinicznego w celu wykrycia trzęsawki atypowej i klasycznej u owiec

Przedstawiono ulepszoną metodę mechanicznego testowania zakotwiczenia kości na powierzchniach potencjalnych implantów. Metoda ta pozwala na wyrównanie siły rozrywającej dokładnie prostopadle lub równolegle do płaszczyzny powierzchni implantu i zapewnia dokładny sposób kierowania sił zakłócających na dokładny obszar wokół implantu.

Ulepszona metoda badań mechanicznych do oceny zakotwiczenia implantu kostnego

Zdolność do migracji jest kluczową funkcją wielu różnych typów komórek, w tym mezenchymalnych komórek zrębowych (MSC). Ilościowe określenie zmian w zdolności migracyjnej po wystąpieniu szkód jest jednak trudne. Protokół ten opisuje łatwy do adaptacji test migracji, który wykorzystuje rygorystyczne statystyki do ilościowego określenia zmian w zdolności migracyjnej MSC po uszkodzeniu.

Optymalizacja testu zadrapań rany w celu wykrycia zmian w migracji mysich mezenchymalnych komórek zrębu po uszkodzeniu przez rozpuszczalny ekstrakt z dymu papierosowego

Tutaj prezentujemy protokół dla testu in vitro z użyciem pierwotnych fibroblastów oraz dla testu in vivo gojenia ran skóry na myszach. Oba testy są prostymi metodami oceny gojenia się ran in vitro i in vivo.

Test migracji zadrapań i komora grzbietowego fałdu skórnego do analizy gojenia się ran in vitro i in vivo

Obecny protokół opisuje kontrolowane zadrapania mikroostrza na powierzchni chrząstki stawowej po destabilizacji kolana myszy poprzez przecięcie przyśrodkowego więzadła minipiszczelowego. Ten model zwierzęcy przedstawia przyspieszoną postać choroby zwyrodnieniowej stawów (OA) odpowiednią do badania tworzenia osteofitów, osteosklerozy i bólu we wczesnym stadium.

Destabilizacja przyśrodkowego łąkotki i chrząstki rys mysiego modelu przyspieszonej choroby zwyrodnieniowej stawów

Mikrotomografia komputerowa (μCT) jest nieniszczącym narzędziem do obrazowania, które jest instrumentalne w ocenie struktury kości w badaniach przedklinicznych, jednak nie ma zgody co do procedur μCT do analizy modzeli gojącej się kości. Badanie to zapewnia krok po kroku protokół μCT, który umożliwia monitorowanie gojenia się złamań.

Ocena gojenia złamań kości za pomocą mikrotomografii komputerowej

Protokół umożliwia pomiar deformacji mikrostruktury kości w całej proksymalnej ludzkiej kości udowej oraz jej wytrzymałości poprzez połączenie dużego skanowania mikro-tomografem komputerowym, specjalnie wykonanego etapu kompresji i zaawansowanych narzędzi do przetwarzania obrazu.

Obrazowanie mechanizmu uszkodzenia mikrostrukturalnego w ludzkim biodrze

W tym protokole opisane są dwa podejścia, które ułatwiają jednoosiowe testowanie kompresji kręgów lędźwiowych myszy. W pierwszej kolejności opisano konwersję giętarki trzypunktowej na maszynę do prób ściskania. Po drugie, metoda osadzania w celu przygotowania powierzchni ładunkowej, która wykorzystuje cement kostny, jest dostosowana do kręgów lędźwiowych myszy.

Mysi kręg lędźwiowy Jednoosiowe badanie ściskania z osadzeniem powierzchni ładunkowej

Mechaniczne badanie kości gryzoni jest cenną metodą pozyskiwania informacji na temat podatności kości na złamania. Przy braku odpowiedniego zrozumienia praktycznego wyniki mogą być nadinterpretowane lub nieaktualne. Protokół ten posłuży jako przewodnik zapewniający, że testy mechaniczne są wykonywane dokładnie, aby zapewnić prawidłowe i funkcjonalne dane.

Praktyczne uwarunkowania dotyczące projektowania, wykonywania i interpretacji badań obejmujących próby zginania kości gryzoni w całości

Tutaj szczegółowo prezentujemy protokół pomiarowy urządzenia ultradźwiękowego z dwukierunkową transmisją osiową (BDAT) i testujemy go w badaniu odtwarzalności, biorąc pod uwagę 14 zdrowych uczestników i 3 operatorów. Wiarygodność, mierzona za pomocą wewnątrzklasowych współczynników korelacji (ICC), była dobra lub doskonała dla czterech interesujących parametrów.

Ocena kory kostnej za pomocą ultradźwiękowych fal kierowanych: badanie odtwarzalności w zdrowej populacji

Poznaj mikroskopowe testy zadrapań do oceny kruchości kości korowej bydła. Ta rygorystyczna metoda półdestrukcyjna pozwala badać wytrzymałość na złamanie małych próbek w biomechanice.

Ocena kruchości kości korowej bydła za pomocą testów zadrapań

Przeglądaj więcej filmów