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Bioengineering

Zerbrechlichkeit Bewertung der bovinen kortikalen Knochen mit Kratztests

doi: 10.3791/56488 Published: November 30, 2017

Summary

Diese Studie bewertet die Bruchzähigkeit von bovinen kortikalen Knochen auf Sub-Meso-Ebene mit mikroskopischen Kratztests. Dies ist ein original, Ziel, streng, und reproduzierbare Methode vorgeschlagen, Bruchzähigkeit unterhalb der makroskopischen Skala zu erforschen. Anwendungsmöglichkeiten sind Änderungen in Knochenbrüchigkeit aufgrund von Krankheiten wie Osteoporose studieren.

Abstract

Knochen ist ein komplexes hierarchisches Material mit fünf verschiedenen Ebenen der Organisation. Faktoren wie Alterung und Krankheiten wie Osteoporose erhöhen die Fragilität der Knochen, so dass es anfällig für Frakturen. Aufgrund der großen sozio-ökonomischen Auswirkungen von Knochenbrüchen in unserer Gesellschaft gibt es eine Notwendigkeit für neuartige Möglichkeiten zur Beurteilung der mechanischen Leistung jeder Hierarchiestufe des Knochens. Obwohl Steifigkeit und Festigkeit auf allen Skalen – Nano-, Mikro-, Meso-, sondiert können und makroskopischen – Fraktur Bewertung bisher worden zu makroskopischen Prüfung beschränkt hat. Diese Einschränkung schränkt unser Verständnis von Knochenbrüchen und schränkt den Anwendungsbereich der Labor- und klinische Studien. In dieser Studie untersuchen wir die Bruchfestigkeit des Knochens aus der mikroskopischen auf der mesoskopischen Längenskalen mit Mikro Scratch-Tests kombiniert mit nichtlinearen Bruchmechanik. Die Tests sind in der kurzen längs Ausrichtung auf bovine Kortikalis Proben durchgeführt. Ein sorgfältige experimentelle Protokoll entwickelt und eine große Anzahl (102) von Tests werden durchgeführt, um die Bruchzähigkeit der Kortikalis Exemplare unter Berücksichtigung der Heterogenität zugeordnet Knochen Mikrostruktur zu beurteilen.

Introduction

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In dieser Studie messen wir die Bruchzähigkeit von Rindern kompakten Knochen aus der mesoskaligen (Osteons), Microscale (lamellare Ebene) über eine neuartige Mikro-Kratzer-Technik1,2,3,4, 5. Bruchvorgänge einschließlich Rissausbreitung Initiierung und Riss im Knochen sind Längenskalen aufgrund der unterschiedlichen strukturellen Bestandteile und Organisation auf verschiedenen Ebenen der Hierarchie direkt beeinflusst. Daher unbedingt Beurteilung Knochenbruch bei kleineren Längenskalen nachgeben ein grundlegendes Verständnis der Knochenbrüchigkeit. Auf der einen Seite konventionelle Prüfungen wie z. B. die drei-Punkt-Biegung, kompakte Spannung und Biegung Untersuchungen sind häufig auf bovine Femur und Tibia zur Charakterisierung der Fraktur im makroskopischen Maßstab6,7, 8. auf der anderen Seite um die Bruchzähigkeit auf der mikroskopischen Skala zu messen, Vickerss Einrückung Fraktur vorgeschlagene9war. Mikro Einzug erfolgte mittels der Vickers Eindringkörpers radiale Risse erzeugen. Darüber hinaus erfolgte die Oliver Pharr Nanoindentation Fraktur Zähigkeit Methode mittels eine scharfe Cube Ecke Eindringkörpers10.

In den oben genannten Nanoindentation basierte Fraktur Zähigkeit Studien die Längen der so erzeugten Risse wurden vom Beobachter gemessen und eine semi-empirische Modell wurde verwendet, um die Bruchzähigkeit berechnen. Aber diese Methoden sind nachvollziehbar, subjektiv, und die Ergebnisse sind stark abhängig von der Fähigkeit des Beobachters wegen der Notwendigkeit, die Riss-Längen mit optischen Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie messen. Darüber hinaus Scratch-Tests wurden durchgeführt im Nano-Maßstab, aber die zugrunde liegenden mathematischen Modells ist nicht Physik-basiertes wie es nicht die Verringerung der Stärke durch Risse berücksichtigt und11 Defekte. So existiert eine Wissenslücke: eine Methode zur Beurteilung der Fraktur auf mikroskopischer Ebene basierend auf einem Physik-basiertes mechanistischen Modell. Diese Wissenslücke motiviert die Anwendung von Mikro-Kratzer-Tests um Knochen zu komprimieren, indem Sie zuerst auf porcinen Exemplare5. Die Studie hat jetzt erweitert um bovinen kortikalen Knochen zu verstehen.

Zwei verschiedene Ausrichtungen der Exemplare sind möglich: längs-quer und kurzen längs. Längs-quer entspricht Eigenschaften senkrecht zur Längsachse des Femur Fraktur. In der Erwägung, kurze längs-entspricht der Fraktur Eigenschaften entlang der Längsachse des Femur-5. In dieser Studie wenden wir kratzen Tests an bovinen kortikalen Knochen Bruchfestigkeit der Knochen in Längsrichtung kurz zu charakterisieren.

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Protocol

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Hinweis: Die hier beschriebene Protokoll erfolgt nach den Richtlinien der Tierbetreuung des Illinois institutionelle Tier Pflege und Verwendung.

1. Probe Beschaffung

  1. Sammeln Sie frisch geerntete bovine Oberschenkelknochen von Vereinigte Staaten Abteilung des Landwirtschaftsministeriums USDA-zertifizierten Schlachthof und transportieren sie in Plastik luftdicht Taschen in einem Kühler.
    Hinweis: Für die hier durchgeführten Studie wurden Oberschenkelknochen von Tieren gesammelt, die 24-30 Monate alt, Mais gefütterten und wog ca. 1.000 - 1.100 Pfund waren.
  2. Einfrieren der Oberschenkelknochen am 20 ° C bis zum Beginn des Verfahrens Probe Vorbereitung. Diese Temperatur hält der Oberschenkelknochen frischen12,13,14.

(2) schneiden, Reinigung und Einbetten der Proben

  1. Die gefrorenen Oberschenkelknochen in einem Behälter mit Wasser für ca. 2 h bei Raumtemperatur auftauen.
  2. Schneiden Sie mehrere Scheiben ca. 10-15 mm dick, aus der Mitte Diaphyse Region mit einer Tabelle Top Diamant-Bandsäge, um Exemplare mit einheitlichen Querschnittsfläche des kortikalen Knochens zu produzieren.
  3. Verwenden Sie eine Dissektion Kit, um Weichgewebe oder Fleisch befestigt an der Kortikalis zu entfernen.
  4. Schnitt der Querschnitte der Oberschenkelknochen im Schritt 2.2 mit einer Diamant-wafering Klinge auf eine niedrige Drehzahl erreicht sah unter nassen Bedingungen entlang der Längsachse des Knochens, mehrere grob quaderförmigen Abschnitte zu erhalten.
    Hinweis: Hier, nur Probenvorbereitung und Scratch-Tests durchgeführt auf dem kurzen – longitudinal Exemplare werden diskutiert. Außer für die Richtung des Schneidens bleibt jedoch die Vorbereitung-Verfahren für die transversale Ausrichtung gleich.
  5. Reinigen Sie die Proben in einer Lösung bereit, mit 1,5 % anionischen Reiniger und 5 % Bleichmittel für eine Dauer von 20 Minuten in einem Ultraschallreiniger.
  6. Betten Sie die Kortikalis Exemplare in Acrylharz (hierin Polymethyl Methacrylat (PMMA)) für eine einfache Handhabung und Stabilität.
    1. Um die Exemplare einzubetten, Mantel zuerst die Wände der Form mit Trennmittel. Dann mischen Sie Acryl Harz und härter in ein Becherglas, gemäß den Anweisungen des Herstellers der PMMA.
    2. Legen Sie eine der geschnittenen Kortikalis Exemplare in jeder Form mit der Oberfläche verkratzt werden nach unten. Gießen Sie die Mischung Acrylharz in diese Probenhalter vorbereitet. Lassen Sie die Proben für eine Dauer von bis zu 4-5 Std. zu heilen.
  7. Die eingebetteten Proben in 5 mm dicke Scheiben schneiden, aussetzen der Oberfläche verkratzt werden, mit der niedrigen Drehzahl sah und montieren Sie die Proben auf Metall (Aluminium)-Discs der Durchmesser 34 mm und Höhe 5 mm mit Cyanacrylat-Klebstoff.
  8. Die Exemplare in einem Messgerät in Hanks ausgewogen salzhaltige Lösung (HBSS) getränkten wickeln und im Kühlschrank bei 4 ° C bis zum weiteren Gebrauch15,16.

3. Schleifen und Polieren von Protokollen

Hinweis: Voraussetzung für die hochpräzise Tests bei kleinen Längenskalen ist eine glatte und Ebenen Oberfläche der Proben. Frühere Protokolle Polieren13,17 eine große Rauheit der Oberfläche, was zu erheblichen Ungenauigkeiten bei der Messung führen. Die Herausforderung liegt darin, niedrige durchschnittliche Rauheit der Oberfläche, weniger als 100 nm, über eine große Fläche 3 x 8 mm2 Fläche.

  1. Schleifen Sie die bovine Kortikalis Proben bei Raumtemperatur mit Körnung 400 und 600 Korn Siliciumcarbid Papiere für 1 min und 5 min, bzw.. Pflegen Sie der Schleifer-Polierer Basis Geschwindigkeiten von 100 u/min und 150 u/min, bzw..
  2. Maschine Schleifen die bovine Kortikalis Proben bei Raumtemperatur auf 800 und 1.200 Grit Papieren für eine Dauer von 15 min für jeden Schritt. Pflegen Sie den Schleifer-Polierer Basis Geschwindigkeit von 150 u/min, Geschwindigkeit von 60 u/min sind und die Last von 1 lb.
  3. Polieren der Proben mit 3 µm, 1 µm und 0,25 µm Diamant Fahrwerkslösungen in der gleichen Reihenfolge auf eine harte, perforierte, Vlies-Tuch für eine Dauer von 90 min bei Raumtemperatur. Pflegen Sie die Betriebslast für jeden Schritt bei 1 lb mit der Basis und Kopf Geschwindigkeiten von der Schleifer bei 300 u/min und 60 u/min, bzw..
  4. Polieren Sie die Probe mit 0,05 µm Aluminiumoxid Aussetzung-Lösung auf einem weichen, synthetischen Viskose-Tuch für eine Dauer von 90 min bei 1 lb mit base und Kopf Geschwindigkeit von 100 u/min und 60 u/min, bzw. auch bei Raumtemperatur.
  5. Setzen Sie die Proben in ein Becherglas mit deionisiertes Wasser und setzen Sie den Becher in ein Ultraschallbad für 2 min zwischen einzelnen aufeinander folgenden Schritte Schleifen und Polieren zur Reinigen des Rückstands und zur Vermeidung von Kreuzkontamination.
  6. Zeigen Sie die Oberflächen-Features mit optischen Mikroskopie und Imaging SEM an
    Hinweis: Wie in Abbildung 1, Osteons, Haversschen Kanälen, Zement-Linien dargestellt, wurden interstitielle Regionen und Lücken auf die bovine Kortikalis Exemplare beobachtet. Diese bildgebenden Verfahren zeigen die poröse, heterogene und anisotrope Natur der Kortikalis Exemplare. Darüber hinaus wurde erweiterte Oberfläche Untersuchung der Proben durchgeführt, um die Qualität der polierten Oberfläche zu bewerten. Eine repräsentative polierte Oberfläche ist in Abbildung 2dargestellt.

4. Mikro Scratch-Test

Hinweis: Micro Scratch-Tests werden auf der polierten bovinen kortikalen Knochenproben mit einem Mikro-Scratch-Tester (Abbildung 3) durchgeführt. Die Studie dient ein Diamant Rockwell Eindringkörper mit einem Tip-Radius von 200 µm und Spitze Winkel von 120°. Das Gerät erlaubt die Anwendung der progressiven Linienlast bis zu 30 N. Darüber hinaus verfügt das Instrument über hochpräzise Sensoren zur Messung der Horizontallast, Eindringtiefe und akustische Emissionen, die durch Kratzen. Das Instrument kann die Panoramen der Kratzer Rillen erfassen.

  1. Vor der Prüfung der kortikalen Knochenproben Kalibrieren der Rockwell Eindringkörper Spitze mit Polycarbonat als Referenz Material3.
  2. Platzieren Sie die Kortikalis-Probe auf der Bühne und wählen Sie die Seite der Scratch-Test das optische Mikroskop integrierten Mikro-Scratch-Tester-Modul eingerichtet.
  3. Anwenden einer progressiven Linienlast mit einer Start-Belastung von 30 mN und Ende Last von 30 N. Die Raumbelastung sollte 60 N/min und die Kratzer Länge bis 3 mm betragen.
  4. Reihe von Scratch-Tests ausführen, auf kurze längs-(Abb. 3 b) bovine Kortikalis Exemplare wie in Abbildung 3dargestellt.
  5. Nass der Probenoberfläche mit HBSS nach einem Satz von jeder drei bis vier Kratztests zu halten hydratisiert.
  6. Analysieren Sie die Kratzer Testdaten basierend auf nicht-lineare Bruchmechanik Modellierung2.

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Representative Results

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Rasterkraftmikroskopie wurde verwendet, um die Rauheit der polierten Oberfläche zu messen. Als Faustregel gilt qualifiziert das Exemplar als eine gut polierte, wenn die Rauheit der Oberfläche eine Größenordnung kleiner als die Oberflächen-Features von Interesse ist. In diesem Fall die gemessenen Oberflächenrauhigkeit von 60 nm 40 µm, 40 µm großflächig fällt eindeutig unter dieses Kriterium.

Abbildung 4 zeigt die Kraft gegen Eindringen Tiefe Graphen von repräsentativen Kratztests auf die kurze längs-bovine Kortikalis Probe durchgeführt. Während die vertikale Kraft der vorgeschriebenen inkrementelles Laden, ist die horizontale Kraft der gemessene Widerstand durch die Sonde erlebt. Abbildung 5 zeigt den Scan Elektronenmikroskopie Bilder der gebrochenen kurze längs-bovine kortikalen Knochenoberfläche. Dieses Bild zeigt Chipping und Abplatzungen der Oberfläche und Auftreten von intrinsischen Scheibenstruktur Mechanismen wie Micro knacken, knacken Durchbiegung und Überbrückung zu knacken. Die Mikro-Scratch Testdaten ist mit MATLAB Skripts basierend auf nicht-lineare Bruchmechanik Modellierung2analysiert. Vor dem Auftreten des Fraktur-Prozesses wäre Kunststoff Verlustleistung18. Die Eindringtiefe erhöht, werden die Bruchvorgänge aktiviert.

Basierend auf mikroskopische Beobachtung, betrachten wir einen einzelnen Sprung propagieren, wie in Abbildung 3 bgezeigt. Wir bauen eine nichtlineare Bruch Mechanik Modell1,2 um vorherzusagen, die Skalierung der Kratzer macht. Eine homogene Quere isotrope Mikrostruktur gilt der Kortikalis Ebene der Gewebe. Abbildung 6 zeigt die Kraft Skalierung der Bruchzähigkeit von kurzen längs Kortikalis Exemplare. Ein Übergang duktil spröde wird durch Variation der Eindringtiefe eingeführt. In das spröde und Fraktur-driven Regime, die Kratzer Kraft Equation 1 ist proportional zu der Menge Equation 2 , wo Equation 3 wird die Sonde Form Funktion1,2,3,4, 5. Daher die Bruchzähigkeit, Equation 4 1,2,3,4,5 konvergiert gegen eine Konstante. Darüber hinaus wird ein Kc -Wert entspricht einer Sprödbruch auf die Kraft, die Handlung für einen einzigen Test zu skalieren, wie in Abbildung 6gezeigt gemeldet. an den kurzen längs bovine Kortikalis Proben wie in Abbildung 7gezeigt wurden 102 Mikro Scratch-Tests durchgeführt. Ausreißer-Tests entsprechen die Proben, die nach einer Woche der Vorbereitung und Lagerung in die Salzlösung getestet wurden. Lagerung der Probekörpers für eine sehr lange Dauer verändert die Oberfläche durch voreilige Bildung von der Salzlösung zu verschiedenen Fraktur Zähigkeitswerte. Die Fraktur Zähigkeit Gesamtwert bezogen ist 4.05±0.63 MPaEquation 5. Die Literatur berichtet Fraktur Zähigkeitswerte im Bereich von 2,5 bis 5,5 MPaEquation 56,8. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Fraktur Zähigkeitswerte berichtete aus der Mikro Scratch-Tests gemäß Literatur.

Figure 1
Abbildung 1: eine graphische Darstellung der unterschiedlichen hierarchischen Ebenen der Knochenproben und experimentellen Untersuchungen durchgeführt, auf jeder Ebene. Die horizontale Achse entspricht der Längenskala von makroskopischen bis hin zu nanoskaligen und die vertikale Achse entspricht Zeitskala, bei dem jedes Niveau entsprechende Experimente durchgeführt werden. (Bild-Gutschrift: Kavya Mendu). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: digitale Fotografien von (a) Aluminium-Discs verwendet als Basis für die Proben und (B) gut polierten kurze längs-Knochen Probe. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3: Micro scratch Test Digitales Foto der Mikro Scratch-Test auf der bovinen kortikalen Knochen-Probe (A). Eine Rockwell-Sonde mit einem Öffnungswinkel von 120o sondieren die Kortikalis Probe eingebettet in Polymethyl Methacrylat. (B) schematische Darstellung ein Rubbellos Sonde Pflügen das Knochenmaterial zeigt das Aufkommen der Mischbetrieb von Fraktur in einem kurzen längs Exemplar. (Credits: Ange-Therese Akono, Amrita Kataruka und Kavya Mendu). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4: Scratch Nut. Optische Mikroskopie Bild des Panoramas der Kratzer Nut (A). (B) entsprechende Handlung der Kraft gegen Tiefe entlang der Länge der Kratzer Nut. Horizontale Kraft entspricht die resistive Reibungskraft, die von den Sensoren an der Mikro-Scratch-Tester-Bühne erkannt und die vertikale Kraft entspricht der progressiven lineare Krafteinwirkung auf die Kortikalis Probe. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5: Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bilder scannen. REM-Bilder des Kratzers groove mit Mikro Mechanismen wie Riss Durchbiegung, Riss überbrücken, Faser zu überbrücken und Chipping an verschiedenen Vergrößerungsstufen (A) 40 X (B) 10.000 X (C) 2.400 X (D) 5, 000 X. Mithilfe von Grobvakuum Rasterelektronenmikroskop bei Frederick Seitz Materials Science Laboratory und Beckman Institute, University of Illinois in Urbana-Champaign erfasst. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6: Scratch Kraft und Mikro Kratzer Bild. (A) Skalierung der Kratzer Kraft entlang der Länge des Kratzers zeigt die Konvergenz der Bruchzähigkeit. Equation 1 ist die horizontale Kraft und Equation 3 ist die Sonde Form-Funktion, die abhängig von der Geometrie und Penetration Tiefe. (B) Panorama optische Mikroskopie Bild ein Mikro Kratzer auf boviner Knochen in kurzen Längsrichtung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7: Fraktur Zähigkeit. Plot zeigt die Fraktur Zähigkeitswerte 102 Mikro Scratch-Tests auf die kurze längs-bovinen kortikalen Knochenproben durchgeführt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

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Mikro Kratztests induzieren eine mixed-Mode-Fraktur-3. Darüber hinaus werden in den kurzen längs bovine Kortikalis Proben Bruchvorgänge aktiviert, wie die Sonde tiefer gräbt. Für einen 3 mm langen Kratzer ist der prismatischen Band sondiert rund 3.600 µm lang und 600 µm breite 480 µm Tiefe. Diese große Menge half bei der Vorhersage einer homogenisierten Antwort. Eine nicht-lineare Fraktur Mechanik Modell konnten wir extrahieren die Bruchfestigkeit, basierend auf der J-integrale Berechnung1,2,4.

Bovinen kortikalen Knochenproben bieten eine größere Fläche für die Prüfung im Vergleich zu den Schweinen Proben die für die früheren Publikation5verwendet wurden. Allerdings gibt es ein entsprechende Unterschied bezüglich der Größe der Mikrostruktur Features von Schweinen an bovinen kortikalen Knochen Exemplare. Dies führte zur Entwicklung eines neuen Polieren-Protokolls für die bovine Exemplare. Darüber hinaus wurde bei der Entwicklung der Methode beobachtet, dass die vorbereiteten bovine Kortikalis Exemplare innerhalb einer Woche nach der Zubereitung geprüft werden müssen. Dies soll Rückstandsbildung auf die bovine Exemplare durch Kochsalzlösung, zu vermeiden, die drastisch die Testergebnisse beeinflussen könnte.

Darüber hinaus hatten die Untersuchungen auf die kurze längs-bovinen kortikalen Knochenproben kontrollierten Umweltbedingungen und standardisiert Probe Vorbereitung Protokolle. Dies führte zu einer Verringerung in der Variabilität der Testergebnisse von früher berichteten 23 % für kurze längs-porcinen Kortikalis Exemplare5 bis 15 % für die kurze längs-bovine Kortikalis Exemplare in dieser Studie. Jedoch können in Abbildung 7, Ausreißer-Test-Ergebnisse aus verschiedenen Gründen wie Dauer der Lagerung in Salzwasser oder Lage des Kratzers selbst zugeschrieben werden. Angesichts der Tatsache, dass Knochen auf der Meso- und mikroskopisch kleinen Längenskalen heterogen ist, dürfte jedoch ein gewisses Maß an Variabilität.

Rasterelektronenmikroskopie zeigt die Inzidenz von Bruchvorgänge während dieser Scratch-Tests. Vorspann Mechanismen wie Mikro-Risse auf der Meso-Skala Ablenkung zu knacken und knacken bei der Microscale Überbrückung und Faser Überbrückung an der Sub-Mikrometer-Skala wurden beobachtet (siehe Abbildung 5). Dies steht im Einklang mit der Vorspannung Mechanismen, die früher in der Literatur19berichtet. So, Mikro-Kratzer-Tests die Fraktur Eigenschaften der bovinen kortikalen Knochen Exemplare aus der Meso-Skala auf Mikroebene bestimmen.

Die Methode, die wir hier vorschlagen erfordert eine kleine Anzahl von Proben und ermöglicht die Prüfung von Proben bei kleineren Längenskalen. Zum Beispiel ist duktil, spröde Übergang auf der makroskopischen Ebene eingeführt, durch die Zusammenarbeit mit Proben in verschiedenen Größen mit einem konstanten Seitenverhältnis. Gemäß der Größe Effekt Fraktur Bewertung Technik müssen mindestens 5 verschiedene große Exemplare einer Fraktur Zähigkeit Wert20,21zu schätzen. So Werte um 102 Fraktur schätzen Zähigkeit, makroskopischen Prüfung braucht rund 510 Exemplaren die erfordert eine Menge Zeit und Ressourcen. Damit diese Methode, die wir vorschlagen schätzt die Bruchzähigkeit mit einer schnelleren Rate und sparsamer. Darüber hinaus ermöglicht das Verständnis der Fraktur-Eigenschaften auf verschiedenen hierarchischen Ebenen, die Mechanik des Knochens effizienter zu begreifen. Darüber hinaus testen ist effizient, reproduzierbar und kann leicht unter den unterschiedlichsten Umweltkontrollen durchgeführt werden. Beispielsweise darf testen Proben in einer Salzlösung in einer Klimakammer unter Wasser erfolgen, zur in-vitro- Bedingungen zu simulieren. Darüber hinaus wird die Methode auch angewendet werden, um zu testen, Knochen Bruchzähigkeit in Längsrichtung quer zur Anisotropie im Knochen zu erfassen. Unsere Methode ist also ein Roman für die Fraktur Beurteilung der biologischen Gewebe bedeutet.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde von der Abteilung für Zivil- und Umwelttechnik und College of Engineering an der University of Illinois in Urbana-Champaign unterstützt. Wir erkennen die Ravindra Kinra und Kavita Kinra Fellowship für die Unterstützung der graduate Studies der Kavya Mendu. Scanning Electron Microscopy Untersuchung erfolgte in den Einrichtungen des Frederick Seitz Material Research Laboratory und Beckman Institute an der University of Illinois at Urbana-Champaign.

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

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References

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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).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).

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