Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Хрупкость оценки говядину кортикальной кости с помощью тестов нуля

Published: November 30, 2017 doi: 10.3791/56488
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2
1Department of Civil and Environmental Engineering, University of Illinois at Urbana Champaign, 2Department of Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana Champaign

Summary

Данное исследование оценивает трещиностойкость говядину кортикальной кости на уровне суб мезо, с использованием микроскопических нуля тесты. Это оригинальный, цель, строгий, и воспроизводимый метод предлагается зонд трещиностойкость ниже макроскопический масштаб. Потенциальные приложения изучают изменения в хрупкости костей из-за заболевания, как остеопороз.

Abstract

Кости является сложной иерархической материал с пяти различных уровнях Организации. Факторов, как старение и заболевания, как остеопороз увеличивает хрупкость костей, что делает его подверженным перелом. Ввиду больших социально экономических последствий перелом кости в нашем обществе есть потребность в новые пути, чтобы оценить механические характеристики каждого иерархического уровня кости. Хотя жесткость и прочность может быть исследован на всех уровнях – нано-, микро-, мезо-, и макроскопические – перелом оценки пока ограничивается макроскопические испытания. Это ограничение ограничивает наше понимание перелом костей и ограничивает сферу лабораторных и клинических исследований. В этом исследовании мы исследуем сопротивление разрушению кости из микроскопических мезоскопических длина шкалы с помощью микро нуля тестов в сочетании с нелинейной перелом механики. Испытания проводятся в короткие продольной ориентации на говядину кортикальной кости образцов. Дотошный экспериментальный протокол разработан и большое количество тестов (102) для оценки трещиностойкость кортикальной кости образцов во время учета неоднородности, связанные с микроструктурой кости.

Introduction

В этом исследовании мы измеряем трещиностойкость говядину компактной кости от мезомасштабные (osteons) микромасштабной (пластинчатые уровень) с помощью Роман микро скретч техника1,2,3,4, 5. Перелом процессы, включая инициирование и трещины распространение трещин в канальцах напрямую зависит от длины шкалы вследствие различных структурных составляющих и Организации на различных уровнях иерархии. Таким образом оценки перелом кости в меньших масштабах длины необходимо приносит глубокое понимание хрупкости костей. С одной стороны, обычных тестов, таких как трехточечном изгибе, компактный напряженность, и изгиб тесты обычно проводятся на говядину бедра и голени, перелом характеристике в макроскопических масштабах6,7, 8. с другой стороны, для измерения вязкости разрушения в микроскопическом масштабе, Белогурова отступы перелом был предлагаемого9. Микро отступ была выполнена с помощью Белогурова индентора для создания радиальные трещины. Кроме того метод вязкость разрушения Наноиндентирование Oliver Pharr проводилось с использованием индентора резкое куб в углу10.

В выше наноиндентирования на основе разрушения прочность исследованиях длины трещины таким образом измерялись наблюдателем и полуэмпирические модели использовалась для расчета вязкости разрушения. Однако эти методы являются невоспроизводимых, субъективное, и результаты в значительной степени зависит от мастерства наблюдателя из-за необходимости измерения длины трещины с помощью оптической микроскопии или растровая электронная микроскопия. Кроме того нуля испытания были проведены на нано-, но Базовая математическая модель не является основанная на физике как он не учитывает сокращение численности из-за трещин и дефектов11. Таким образом, существует разрыв знаний: метод оценки разрушения на микроскопическом уровне на основе физики на основе механистической модели. Этот пробел знаний мотивированных применение микро нуля тесты для компактной кости, сосредоточив внимание сначала на свинину образцы5. Исследование сейчас был продлен понять говядину кортикальной кости.

Возможны два различных ориентациях образцов: продольные поперечные и короткие продольной. Продольная поперечная соответствует перелом свойств перпендикулярно продольной оси бедра. В то время как короткие продольной соответствует свойствам перелом вдоль продольной оси бедра5. В этом исследовании мы применяем скретч тестирование говядину кортикальной кости характеризовать сопротивление разрушению костей в короткие продольном направлении.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Примечание: Протокол, описанных здесь, следует принципам ухода за животными Иллинойс животных ухода и использования Комитета.

1. образец закупки

  1. Собирать свежеубранных говядину бедра от Соединенных Штатов Америки, Министерство сельского хозяйства USDA сертифицированных бойни и транспортировки их в пластиковых герметичные мешки в охладитель.
    Примечание: Для исследования, проведенного здесь, бедра были собраны от животных, которые были 24-30 месяцев старых, кукурузы кормили и весил около 1000 - 1100 фунтов.
  2. Заморозить бедра на –20 ° C до начала процедуры подготовки образца. Эта температура держится бедра свежие12,,1314.

2. резка, уборка и встраивание образцы

  1. Оттепель замороженных бедра в контейнер с водой для около 2 ч при комнатной температуре.
  2. Вырежьте несколько дисков толщиной 10-15 мм от середины диафиза региона с помощью таблицы Топ алмаз ленточная пила для производства образцов с единой площадь поперечного сечения кортикальной кости.
  3. Используйте рассечение комплект для удаления любых мягких тканей или плоть, придает кортикальной кости.
  4. Вырезать сечений бедра, полученного на шаге 2.2 с помощью wafering алмазные лезвия на низкой скорости увидел в влажных условиях вдоль продольной оси кости получить несколько примерно шестигранника разделов.
    Примечание: Здесь, только Подготовка образца и нуля проверок на коротких – продольная образцы обсуждаются. Однако за исключением направления резки, процедура подготовки остается то же самое для поперечной ориентации.
  5. Очистите образцов в раствор, приготовленный с использованием 1,5% анионных чище и отбеливатель 5% в течение 20 мин в ультразвуковой очистки.
  6. Внедрить образцы кортикальной кости в акриловой смолы (здесь полиметилметакрилат (PMMA)) для облегчения обработки и стабильности.
    1. Чтобы внедрить образцы, первый слой стенок плесень с агент выпуска. Затем смесь акриловой смолы и отвердителя в стакан, в соответствии с указаниями производителя ПММА.
    2. Разместите один из образцов отрезока кортикальной кости в каждой формы с поверхности, чтобы быть поцарапана вниз. Вылить смесь акриловой смолы в эти подготовленные держатели образца. Пусть образцы лечения продолжительностью до 4-5 ч.
  7. Встроенные образцы нарезать диски толщиной 5 мм, подвергая поверхность поцарапана, с помощью низкой скорости увидел и подключить образцы на металл (алюминий) диски диаметром 34 мм и высота 5 мм с помощью Цианакрилатный клей.
  8. Оберните образцы в датчике, пропитанной в Хэнкс сбалансированный солевой раствор (HBSS) и хранить в холодильнике при температуре 4 ° C до дальнейшего использования15,16.

3. Шлифовка и полировка протоколы

Примечание: Предварительное условие для высокой точности тестирования в малых длина шкалы является гладкой и выровненной поверхности образцов. Предыдущий, полировка протоколы13,17 привести к большой шероховатости поверхности, приводит к существенной неточности измерения. Задача заключается в достижении низкая средняя шероховатость поверхности, менее 100 Нм, на большой площади поверхности2 3 x 8 мм.

  1. Измельчить говядину кортикальной кости образцов при комнатной температуре с помощью 400 зернистости и 600 Грит карбида кремния документы за 1 мин и 5 мин, соответственно. Поддерживать точильщика полировальная скоростью базовый 100 об/мин и 150 об/мин, соответственно.
  2. Машины молоть говядину кортикальной кости образцов при комнатной температуре на 800 и 1200 зернистости бумаги в течение 15 минут для каждого шага. Поддерживать точильщика полировальная на базовой скорости 150 об/мин, головы скорость 60 об/мин и операционной нагрузки 1 lb.
  3. Польский образцов, используя 3 мкм, 1 мкм и 0,25 мкм алмазные подвески решения в том же порядке на жесткий, перфорированные, нетканые ткани продолжительностью 90 минут при комнатной температуре. Сохранять эксплуатационные нагрузки для каждого шага в 1 фунт с базой и головы скорости полотер на 300 об/мин и 60 об/мин, соответственно.
  4. Польский образца с помощью решения подвеска глинозема 0,05 мкм на ткани, мягкие, синтетические района продолжительностью 90 минут в 1 фунт с базой и головы скорость 100 об/мин и 60 об/мин, соответственно, также при комнатной температуре.
  5. Поместите образцы в стакан с деионизированной водой и поставьте стакан в ультразвуковой ванне на 2 мин между каждой последовательных шага шлифовки и полировки для очистки остатков и избежать перекрестного загрязнения.
  6. Просмотр особенности поверхности с помощью оптической микроскопии и SEM изображений.
    Примечание: Как показано на рисунке 1, osteons, Haversian каналы, цемента линии, интерстициальный регионов и пробелы были замечены на говядину кортикальной кости образцы. Эти тепловизионные методы показывают пористой, неоднородных и анизотропной характер кортикальной кости образцов. Кроме того расширенные поверхности образцов было обследование для оценки качества полированной поверхности. Представитель полированной поверхности показана на рисунке 2.

4. микро нуля тест

Примечание: Микро нуля испытания проводятся на образцах полированной говядину кортикальной кости, с помощью микро скретч тестера (рис. 3). Алмаз индентора Rockwell с кончика радиусом 200 мкм и apex угол 120° используется для изучения. Инструмент позволяет приложению линейной прогрессивной нагрузки до 30 н. Кроме того Прибор оснащен датчиками высокой точности для измерения горизонтальной нагрузки, глубина проникновения и акустическая выбросы, образующиеся из-за царапин. Инструмент может захватить панорамы скретч канавки.

  1. Перед началом испытаний образцов кортикальной кости, калибровки кончик индентора Rockwell с использованием поликарбоната как ссылку материала3.
  2. Поместите образец кортикальной кости на сцене и выбрать сайт нуля теста с помощью оптического микроскопа, Настройка интегрированный модуль микро скретч тестер.
  3. Линейный прогрессивной нагрузки с начала нагрузки 30 mN и конце нагрузки в 30 н. Скорость загрузки должно быть присвоено 60 N/мин и царапины длиной до 3 мм.
  4. Выполнить серию испытаний нуля на короткий продольной (рис. 3b) бычьего кортикальной кости образцов, как показано на рисунке 3.
  5. Влажные поверхности образца с HBSS после набора каждые три-четыре нуля тестов, чтобы держать их увлажненной.
  6. Анализировать нуля тестовые данные, основанные на механика-нелинейная разрушения моделирования2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Атомно-силовой микроскопии был использован для измерения шероховатости поверхности полированной. Как правило образец квалифицируется как один хорошо полированной если шероховатость поверхности на порядок меньше, чем особенности поверхности интерес. В данном случае, измеренной шероховатость поверхности 60 Нм над областью µm 40 мкм x 40 явно подпадает под этот критерий.

Рисунок 4 показывает силу против проникновения глубина графиков представитель нуля тестов на короткий продольной говядину кортикальной кости образца. Хотя вертикальной силы предписанные добавочной загрузки, горизонтальная сила это измеренное сопротивление, испытываемых зонд. Рисунок 5 показывает сканирование электронной микроскопии изображений поверхности трещиноватых короткие продольной говядину кортикальной кости. Это изображение показывает зазубрин и шелушение поверхности и появление внутренних ужесточение механизмов, таких как микро Крекинг, трещины отклонения и трещины преодоление. Микро нуля теста данные анализируются с использованием MATLAB сценариев на основе моделирования2механика-нелинейная разрушения. До наступления процесса разрушения бы пластиковые диссипации18. С увеличением глубины проникновения, активизируются процессы разрушения.

Основываясь на микроскопические наблюдения, мы считаем одной трещины распространение как показано на рисунке 3b. Мы построить нелинейных перелом механики модель1,2 для прогнозирования масштабов вспомогательной силы. Однородной микроструктуры поперечной изотропной считается кортикальной кости на тканевом уровне. Рисунок 6 показывает силу масштабирование вязкости разрушения образцов короткие продольной кортикальной кости. Переход пластичных и хрупких вводится различной глубины проникновения. Ломкие и перелом driven режима, скретч силы Equation 1 пропорционален количеству Equation 2 , где Equation 3 это зонд формы функции1,2,3,4, 5. Таким образом, вязкость разрушения, Equation 4 1,2,3,,45 сходится к константа. Кроме того значение Kc , который соответствует к хрупкому разрушению сообщается о силах, масштабирование сюжет для одного теста, как показано на рисунке 6. 102 микро нуля испытания были проведены на короткий продольной говядину кортикальной кости образцов, как показано на рисунке 7. Останец испытания соответствуют образцов, которые были протестированы после одной недели подготовки и хранения в солевой раствор. Хранение образцов для очень длительного времени изменила поверхности вследствие образования осадка с физиологическим раствором, ведущих к значениям различных перелом прочность. Общая полученное значение вязкости разрушения является 4.05±0.63 МПаEquation 5. Литературе сообщили перелом выносливость значения в диапазоне от 2,5 до 5,5 МПаEquation 56,8. Эти результаты показывают, что перелом прочность сообщили от микро нуля испытаний соответствуют стандарту литературы.

Figure 1
Рис 1: диаграмма, показывающая различных иерархических уровней образцов костей и экспериментальных исследований, проведенных на каждом уровне. Горизонтальная ось соответствует длина шкалы, начиная от macroscale до наноразмерных и вертикальная ось соответствует шкалы времени, на котором проводятся эксперименты, соответствующих каждому уровню. (Изображение кредита: Kavya Mendu). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: цифровой фотографии () алюминиевых дисков используется в качестве базы для образцов и (B) хорошо полированной короткие продольной кости образца. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: микро поцарапать test. Цифровая фотография микро нуля испытания на говядину кортикальной кости образца (A). Рокуэлл зонд, имея Апекс угол 120o зондирующего кортикальной кости образца встроенных в полиметилметакрилата. (B) схема скретч зонд вспашки костного материала, показывая появление смешанного режима перелом в короткий продольной образец. (Баллов: Анж Тереза Akono, Амрита Kataruka и Kavya Mendu). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4: нуля паз. Оптическая микроскопия изображение панорамы нуля паз (A). (B) соответствующий участок силы против глубины по длине нуля паз. Горизонтальная сила соответствует резистивный силы трения, обнаруженных датчики прилагается к стадии микро скретч тестер и вертикальной силы соответствует прогрессивный линейный усилие на образец кортикальной кости. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5: сканирование изображений электронная микроскопия (SEM). SEM изображения нуля паза показаны микро механизмы, такие как трещины прогиб, преодоление трещины, преодоление волокна и зазубрин на увеличение различных уровнях (A) 40 X (B) 10 000 X (C) 2400 X (D) 5, 000 X. Захвачен с помощью низким вакуума сканирующий электронный микроскоп на Фридрих Зайц материал научной лаборатории и Бекман институт, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 6
Рисунок 6: царапинам силы и микро нуля изображения. (A) Масштаб вспомогательной силы по длине нуля показывает конвергенции трещиностойкость. Equation 1 является горизонтальной силой и Equation 3 функция форма зонда, которая зависит от геометрии и глубину. (B) панорамный оптической микроскопии изображение микро царапина на говяжьи кости в короткие продольном направлении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7: трещиностойкость. Участок, показаны разрушения выносливость значения 102 микро нуля тестов провели на короткий продольной говядину кортикальной кости образцы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Микро нуля тесты вызвать перелом смешанного режима3. Кроме того в образцах короткие продольной говядину кортикальной кости, перелом процессы активируются как зонд роет глубокие. Для царапина длиной 3-мм Призматический объем исследовали это около 3600 мкм длиной, 600 мкм и 480 микрон глубоко. Этот большой объем помог в прогнозировании гомогенизированные ответ. Механики модель нелинейной перелом позволило нам извлечь сопротивление разрушению, основанный на J-составной расчета1,2,4.

Говядину кортикальной кости образцов обеспечивают большую площадь для тестирования по сравнению с свинину образцов, которые были использованы для более ранние публикации5. Однако есть соответствующая разница в размера микроструктуры функций от свиного до бычьего кортикальной кости образцов. Это привело к разработке нового протокола полировки для бычьего образцов. Кроме того в ходе разработки метода, было отмечено, что подготовленные говяжьи кортикальной кости образцы должны быть проверены в течение одной недели после подготовки. Это позволяет избежать формирования остатков на говядину образцы из-за физиологического раствора, который может существенно повлиять на результаты теста.

Кроме того испытания, проведенные на короткий продольной говядину кортикальной кости образцов контролируемых условий окружающей среды и стандартизированные протоколы подготовки образца. Это привело к сокращению в изменчивости результатов тестирования от сообщалось ранее 23% для коротких продольной свинину кортикальной кости образцы5 -15% для коротких продольной говядину кортикальной кости образцов в этом исследовании. Однако Рисунок 7, результаты тестирования останец может объясняться различным причинам как длительность хранения в соленой воде или расположение самого нуля. Тем не менее учитывая, что кости гетерогенных на мезо - и микроскопические длина весы, ожидается определенная изменчивость.

Сканирующая электронная микроскопия показывает число процессов разрушения в ходе этих испытаний нуля. Ужесточение механизмов, таких, как микро Крекинг в масштабе мезо, трещины отклонения и трещины преодоление в микромасштабные и волокна преодоление в масштабе субмикронных наблюдались (см. Рисунок 5). Это соответствует ужесточение механизмов, сообщили ранее в литературе19. Таким образом микро нуля тестов определяют свойства разрушения образцов говядину кортикальной кости от накипи мезо микро шкалы.

Метод, который мы предлагаем здесь требуется небольшое количество образцов и позволяет тестирование образцов при меньших масштабах длины. К примеру щелевая для хрупкой экономикой вводится в макроскопических масштабах, работая с образцами различных размеров при наличии постоянной пропорции. Согласно методике оценки разрушения эффект размер по крайней мере 5 различных размеров образцов требуются для оценки разрушения прочность значение20,21. Таким образом чтобы оценить 102 перелом прочность значения, макроскопических потребностей тестирования около 510 образцов которая включает в себя много времени и ресурсов. Таким образом этот метод, который мы предлагаем оценки вязкости разрушения более быстрыми темпами и более экономичным. Кроме того пониманию перелома характеристики на разных иерархических уровнях позволяет нам понять механику кости более эффективно. Кроме того тестирование эффективной, воспроизводимость и легко может осуществляться под широкий спектр экологического контроля. Например тестирование образцов, погруженной в физиологический раствор в экологической палаты может осуществляться для имитации условий в пробирке . Кроме того метод будет применяться также для тестирования вязкость разрушения костной ткани в поперечном направлении продольной захватить анизотропии в кости. Таким образом наш метод является роман означает для разрушения оценки биологических тканей.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана Департаментом гражданской и экологической инженерии на всей территории отеля и в Инженерный колледж в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Мы признаем Ravindra Kinra и Кавита Kinra стипендий для поддержки аспирантуры Kavya Mendu. Сканирование электронной микроскопии расследование проводилось на объектах Фридрих Зайц материал научно-исследовательская лаборатория и Бекман института в Университете Иллинойса в Урбана Шампейн.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Table Top Diamond Band Saw McMaster Carr, Elmhurst, IL Model  C-40 Blade speed of 40 mph; Blade dimensions: 37 inch in diameter, 0.02 inch wide and 0.14 inch deep
Buehler Isomet 5000 Precision Cutter Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 112780 Blade speed in the range of 200-5000 rpm in 50 rpm incrments; 8 inch diamond wafering blade
Branson 5800 Ultrasonic Cleanser (Through) Grainger, Peoria, Illinois 39J365 Bransonic CPXH ultrasonic bath has a tank capacity of 2.5 gal
Buehler Ecomet 250 Grinder - Polisher Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 497250 8 inch base plate with a speed range from 10-500 rpm
Anton Paar, CSM Instruments Micro scratch tester Anton Paar Switzerland AG 163251 Compact Platform, Acoutstic Emission Sensor
JEOL 6060LV general purpose scanning electron microscope JEOL USA, Inc., Peabody, MA Environmental scanning electron microscope which enables imaging at low vacuum levels.
Philips XL30 ESEM FEG  FEI Company Wet mode working of the instrument enables imaging of non conductive samples without altering them 
Name Company Catalog Number Comments
Consumables
Bovine Femur L&M Slaughter house, Georgetown, IL Corn fed, 24-30 month old mature bovine specimens.
Alconox Powdered Precision Cleaner Alconox, Inc., 30 Glenn St., Ste. 309, White Plains, NY, 10603 1104-1 Biodegradable, Non caustic, Interfering-residue free
Acrylic Plastic Casting Electron Microscopy Sciences 24210-02 Polymethyl Methacrylate
CarbiMet SiC Abrasive Paper 400 grit, 8 inch, PSA backed Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 36080400 Grinding - Abrasive Papers
CarbiMet SiC Abrasive Paper 600 grit, 8 inch, PSA backed Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 36080600 Grinding - Abrasive Papers
MicroCut Discs 800 grit, 8 inch, PSA backed Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 36080800 Grinding - Abrasive Papers
MicroCut Discs 800 grit, 8 inch, PSA backed Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 16081200 Grinding - Abrasive Papers
Texmet P For 8'' Wheel PSA Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 407638 Polishing Cloth
8'' Microcloth PSA Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 407518 Polishing Cloth
Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 3 µm Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 406631 Polishing suspension
Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 1 µm Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 406630 Polishing suspension
Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 0.25 µm Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 406629 Polishing suspension
MasterPrep Polishing Suspension, 0.05µm Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044 40-6377-032 Polishing suspension
HBSS, calcium, magnesium, no phenol red Thermo Fisher Scientific 14025126 Buffer Solution

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Биоинженерия выпуск 129 кортикальной кости говядину образцов микро скретч технику перелом масштабирование остеопороз вязкость разрушения
Хрупкость оценки говядину кортикальной кости с помощью тестов нуля
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mendu, K., Kataruka, A., Puthuvelil, … More

Mendu, K., Kataruka, A., Puthuvelil, J., Akono, A. T. Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests. J. Vis. Exp. (129), e56488, doi:10.3791/56488 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter