Name: fragility assessment of bovine cortical bone using scratch tests
Uploaded: 2017-11-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 36 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests at JoVE.com

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.

참고: 여기서 설명 하는 프로토콜 일리노이 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 동물 보호 지침을 따릅니다.
1. 견본 조달
<ol><li>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.</li>
	<li>견본 준비 절차의 시작까지 -에서 화관 20 ° C를 고정 합니다. 이 온도 화관 신선한12,,1314를 유지합니다.</li>
</ol>2. 절단, 청소, 그리고는 견본을 포함
<ol><li>실 온에서 약 2 시간에 대 한 물 컨테이너에 냉동된 화관 녹여</li>
	<li>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.</li>
	<li>해 부 키트를 사용 하 여 모든 연 조직 또는 외피 뼈에 연결 된 육체를 제거.</li>
	<li>잘라내기는 화관의 횡단면 단계 낮은 속도에 다이아몬드 wafering 블레이드를 사용 하 여 2.2에서에서 얻은 여러 약 cuboidal 섹션을 얻기 위해 뼈의 경도 축 젖은 조건에서 보았다. 참고: 여기, 견본 준비와 스크래치 테스트 수행-짧은에 경도 표본 설명. 그러나, 절단 방향 제외한 준비 절차 동일 가로 방향에 대 한 합니다.</li>
	<li>청소기 1.5% 음이온을 사용 하 여 준비 하는 솔루션에 표 백제 5% 표본 초음파 세탁 기술자에서 20 분 동안 청소.</li>
	<li>
아크릴 수 지에 외피 뼈의 견본을 포함 (여기 polymethyl 메타 크리 레이트 (PMMA)) 처리 및 안정성의 용이성에 대 한.
	<ol>
<li>표본 포함 하려면 먼저 릴리스 에이전트와 금형의 벽 코트. 다음 아크릴 수 지와 경화제 PMMA 제조 업체에 의해 주어진 지침에 의하여 비 커에서 혼합.</li>
		<li>긁힌 수 표면 각 금형에 장소 하나 잘라 외피 뼈 표본 아래쪽으로 직면 하 고. 아크릴 수 지 혼합물을 부 어에 견본 홀더를 준비. 표본 최대 4-5 h 동안 치료 하자.</li>
	</ol>
</li>
	<li>5-m m 두꺼운 디스크에 포함 된 표본을 잘라, 낮은 속도 사용 하 여 긁힌 수 표면 노출 보고 마운트 직경의 금속 (알루미늄) 디스크에 표본 34 m m, 높이 5mm cyanoacrylate 접착제를 사용 하 여.</li>
	<li>배어 있는 행 크 스 균형 염 분 솔루션 (HBSS) 계기에 있는 표본 랩과 추가 사용15,16까지 4 ° C에서 냉장 보관.</li>
</ol>3. 연 삭 및 연마 프로토콜
참고: 작은 길이 스케일에서 고 정밀도 테스트는 필수 표본 부드럽고 수평 표면입니다. 이전 프로토콜 연마13,17 측정에 상당한 부정확성으로 이어지는 큰 표면 거칠기에 결과. 낮은 평균 표면 거칠기, 100 미만 달성에 도전 있다 nm, 큰 지역 3 x 8 m m2 표면.
<ol><li>각각 사용 하 여 400 그 릿 및 600 모래 실리콘 카바 이드 논문 1 분 및 5 분, 실 온에서 소 외피 뼈 표본 갈기. 각각 100 rpm 및 150 rpm의 기본 속도에서 그 라인 더-폴 리 셔를 유지 합니다.</li>
	<li>기계는 각 단계에 대 일 분의 기간에 대 한 800의 그리고 1200 모래 종이에 상 온에서 소 외피 뼈 표본 갈기. 150 rpm, 60 rpm, 그리고 1 파운드의 부하 운영의 머리 속도의 기본 속도에서 그 라인 더-폴 리 셔를 유지 합니다.</li>
	<li>폴란드는 하드에 같은 순서로 3 µ m, 1 μ m, 및 0.25 µ m 다이아몬드 정지 솔루션을 사용 하 여 표본 구멍, 상 온에서 각각 90 분의 기간에 대 한 비 짠 옷감. 각각 기본 및 머리 속도 300 rpm 및 60 rpm, 폴 리 셔의 1 파운드에서 각 단계에 대 한 운영 부하를 유지 합니다.</li>
	<li>솔루션을 사용 하 0.05 µ m 알 루미나 정지 부드러운, 합성 주 천으로 100 rpm 및 60 rpm의 기지와 머리 속도 1 파운드에서 90 분 동안 각각, 또한 실 온에서 견본을 폴란드어.</li>
	<li>표본 드 이온된 수와 비 커에 넣어을 비 커에 연 삭, 연마 찌 꺼 기를 청소 하 여 교차 오염을 방지의 각 연속 단계 사이 2 분 동안 초음파 목욕.</li>
	<li>광학 현미경과 SEM 이미지를 사용 하 여 표면 기능 보기 참고: 시멘트 라인, Haversian 운하, osteons, 그림 1에서 같이, 중간 영역 및 격차 관찰 되었다 소 외피 뼈 표본에. 이러한 이미징 방법 공개 외피 뼈 표본의 다공성, 이기종, 및 이방성 특성. 또한, 고급 표면 검사는 표본의 광택된 표면 품질을 평가 하기 위해 수행 되었다. 대표 광택된 표면 그림 2에 표시 됩니다.</li>
</ol>4. 마이크로 스크래치 테스트
참고: 마이크로 스크래치 테스트 마이크로 스크래치 테스터 (그림 3)를 사용 하 여 광택된 소 외피 뼈 표본에 수행 됩니다. 다이아몬드 120 °의 200 µ m 및 정점 각도의 팁 반경과 록웰 indenter 연구에 사용 됩니다. 악기는 최대 30 명. 선형 진보적인 부하의 응용 프로그램을 수 있습니다. 또한, 악기 고정밀 센서 수평 부하, 침투 깊이 및 긁힘으로 인해 발생 하는 음향 방출 측정 장비 된다. 악기는 스크래치 홈의 파노라마를 캡처할 수 있습니다.
<ol><li>외피 뼈 표본 테스트 전에 참고 자료3폴 리 카보 네이트를 사용 하 여 로크 웰 indenter 팁 보정.</li>
	<li>무대에 외피 뼈 견본을 놓고 스크래치 테스트 마이크로 스크래치 테스터 모듈 통합 설정 광학 현미경을 사용 하 여 사이트를 선택 합니다.</li>
	<li>30 명. 30 mN 및 끝 부하의 시작 로드와 선형 진보적인 부하 적용 로딩 속도 60 N/min와 스크래치 길이 3 m m로 설정 합니다.</li>
	<li>수행 하는 일련의 스크래치 테스트는 짧은 경도 (그림 3b)에 소과 외피 뼈 표본 그림 3에서 볼 수 있듯이.</li>
	<li>그들이 충분 한지 체크 해 계속 모든 3 ~ 4 스크래치 테스트 집합 후 HBSS로 견본 표면에 젖은.</li>
	<li>2모델링 비선형 파괴 역학에 따라 스크래치 테스트 데이터를 분석 합니다.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Akono, A., Reis, P., Ulm, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scratching+as+a+fracture+process:+From+butter+to+steel.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+determination+of+the+fracture+toughness+via+microscratch+tests:+application+to+polymers,+ceramics,+and+metals.">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. 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저자는 공개 없다.

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 했다. 또한, 방법의 개발, 그것은 준비 된 소 외피 뼈 표본 준비 후 1 주일 이내 테스트할 필요가 관찰 되었다. 이 때문에 테스트 결과 큰 영향을 미칠 수 있습니다 염 소 표본에 잔류물 형성을 방지 하는.
또한, 짧은 경도 소 외피 뼈 표본에 실시 하는 테스트 환경 조건 제어 하 고 견본 준비 프로토콜 표준화 했다. 이것은 감소 테스트 결과의 가변성에 짧은 경도 돼지 외피 뼈 표본5 15%에 대 한 이전에 보고 된 23%에서이 연구에서 짧은 경도 소 외피 뼈 표본에 대 한 했다. 그러나, 그림 7, 국외 자 테스트 결과 염 분 물에 저장 기간 또는 자체는 처음의 위치 같은 다양 한 이유로로 표시 될 수 있습니다. 그럼에도 불구 하 고, 뼈는 meso-및 미세한 길이 눈금에서 이기종, 다양성의 일정 금액으로 예상 된다.
스캐닝 전자 현미경 검사 법이 처음 테스트 하는 동안 골절 프로세스의 발생률을 보여줍니다. 결과치 메커니즘와 같은 마이크로 meso 스케일에 크래킹 편향, 균열 균열는 눈금에 브리징 및 섬유 서브 마이크론 스케일에 브리징 관찰 되었다 ( 그림 5참조). 이것은 문학19이전에 보고 된 결과치 메커니즘입니다. 따라서, 마이크로 스크래치 테스트 소 외피 뼈 표본 meso 스케일에서 마이크로 스케일의 골절 속성을 결정합니다.
우리가 여기에서 제안 하는 방법은 표본 수가 적은 요구 하 고 작은 길이 스케일에서 표본 테스트 수 있습니다. 예를 들어, 과민 하 연 성이 있는 전환 일정 가로 세로 비율을 하면서 다양 한 크기의 표본을 사용 하 여 거시적인 규모에서 소개 된다. 크기 효과 골절 평가 기법에 따라 적어도 5 다른 크기의 표본 파괴 인 성 값20,21을 추정 해야 합니다. 따라서, 102 골절 추정 인 성 값, 테스트 필요 약 510 표본 거시적인 많은 시간과 리소스를 포함 하. 따라서, 우리가 제안 하는이 방법은 빠른 속도로 파괴 인 성이 추정 하 고 더 경제적입니다. 또한, 다른 계층 수준에서 골절 특성을 이해 우리가 뼈의 역학을 보다 효율적으로 이해할 수 있습니다. 또한, 테스트 효율, 재현성, 이며 쉽게 환경 제어의 넓은 범위에서 밖으로 실행 될 수 있다. 예를 들어, 테스트 표본 환경 챔버에 염 분 해결책에 빠져들 생체 외에서 조건을 시뮬레이션 하 실행 될 수 있습니다. 또한, 방법 또한 경도 가로 방향으로 뼈에 이방성을 잡으려고 뼈 골절 인 성 테스트에 적용 됩니다. 따라서, 우리의 방법 소설을 생물 학적 조직의 골절 평가 대 한 의미 이다.

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 균열을 생성 하는 비 커의 indenter를 사용 하 여 수행 되었다. 또한, 올리버 파 나노 분쇄 강인 성 방법 날카로운 큐브 코너 indenter10를 사용 하 여 수행 되었다.
위의 나노 기반 파괴 인 성 연구에 따라서 생성 된 균열의 길이 관찰자에 의해 측정 되었다 하 고 반 경험적 모델 파괴 인 성이 계산 하는 데 사용 되었다. 그러나, 이러한 메서드는 명료화, 주관적인, 그리고 결과 관찰자의 기술을 사용 하 여 광학 현미경 또는 전자 현미경을 스캐닝 균열 길이 측정 하는 필요 때문에 상당히 의존. 또한, 스크래치 테스트는 나노 스케일에서 실시 했다 하지만 기본 수학적 모델 아니다 물리학을 기반으로 강도 균열 때문에 감소에 대 한 고려 하지 않는 고 결함11. 따라서, 지식의 격차는 존재 한다: 물리학을 기반으로 기계적 모델을 기반으로 미세한 수준에서 골절 평가 하는 방법. 지식의이 갭 동기 돼지 표본5에 먼저 집중 하 여 뼈를 압축 하려면 마이크로 스크래치 테스트 응용 프로그램. 연구 이제 더 소 외피 뼈를 이해 하도록 확장 되었습니다.
표본의 2 개의 다른 방향 가능 하다: 경도 가로 및 세로. 세로 가로 골절 대 퇴 골의 종 축에 수직인 속성에 해당 합니다. 반면, 짧은 대 퇴 골5의 경도 축 골절 속성에 해당 하는 경도. 이 연구에서 우리는 스크래치 테스트 짧은 경도 방향에 있는 뼈의 골절 저항 하 소 외피 뼈를 적용 합니다.

<table><tbody><tr><td>Table Top Diamond Band Saw</td><td>McMaster Carr, Elmhurst, IL</td><td>Model&amp;nbsp; C-40</td><td>Blade speed of 40 mph; Blade dimensions: 37 inch in diameter, 0.02 inch wide and 0.14 inch deep</td></tr><tr><td>Buehler Isomet 5000 Precision Cutter</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>112780</td><td>Blade speed in the range of 200-5000 rpm in 50 rpm incrments; 8 inch diamond wafering blade</td></tr><tr><td>Branson 5800 Ultrasonic Cleanser</td><td>(Through) Grainger, Peoria, Illinois</td><td>39J365</td><td>Bransonic CPXH ultrasonic bath has a tank capacity of 2.5 gal</td></tr><tr><td>Buehler Ecomet 250 Grinder - Polisher</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>497250</td><td>8 inch base plate with a speed range from 10-500 rpm</td></tr><tr><td>Anton Paar, CSM Instruments Micro scratch tester</td><td>Anton Paar Switzerland AG</td><td>163251</td><td>Compact Platform, Acoutstic Emission Sensor</td></tr><tr><td>JEOL 6060LV general purpose scanning electron microscope</td><td>JEOL USA, Inc., Peabody, MA</td><td></td><td>Environmental scanning electron microscope which enables imaging at low vacuum levels.</td></tr><tr><td>Philips XL30 ESEM FEG&amp;nbsp;</td><td>FEI Company</td><td></td><td>Wet mode working of the instrument enables imaging of non conductive samples without altering them&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Consumables&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bovine Femur</td><td>L&amp;amp;M Slaughter house, Georgetown, IL</td><td></td><td>Corn fed, 24-30 month old mature bovine specimens.</td></tr><tr><td>Alconox Powdered Precision Cleaner</td><td>Alconox, Inc., 30 Glenn St., Ste. 309, White Plains, NY, 10603</td><td>1104-1</td><td>Biodegradable, Non caustic, Interfering-residue free</td></tr><tr><td>Acrylic Plastic Casting</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>24210-02</td><td>Polymethyl Methacrylate</td></tr><tr><td>CarbiMet SiC Abrasive Paper 400 grit, 8 inch, PSA backed</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>36080400</td><td>Grinding - Abrasive Papers</td></tr><tr><td>CarbiMet SiC Abrasive Paper 600 grit, 8 inch, PSA backed</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>36080600</td><td>Grinding - Abrasive Papers</td></tr><tr><td>MicroCut Discs 800 grit, 8 inch, PSA backed</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>36080800</td><td>Grinding - Abrasive Papers</td></tr><tr><td>MicroCut Discs 800 grit, 8 inch, PSA backed</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>16081200</td><td>Grinding - Abrasive Papers</td></tr><tr><td>Texmet P For 8&#039;&#039; Wheel PSA</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>407638</td><td>Polishing Cloth</td></tr><tr><td>8&#039;&#039; Microcloth PSA</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>407518</td><td>Polishing Cloth</td></tr><tr><td>Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 3 &amp;micro;m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>406631</td><td>Polishing suspension</td></tr><tr><td>Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 1 &amp;micro;m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>406630</td><td>Polishing suspension</td></tr><tr><td>Meta Di Supreme Polycrystalline Diamond Suspension, 0.25 &amp;micro;m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>406629</td><td>Polishing suspension</td></tr><tr><td>MasterPrep Polishing Suspension, 0.05&amp;micro;m</td><td>Buehler,41 Waukegan Rd, Lake Bluff, IL 60044</td><td>40-6377-032</td><td>Polishing suspension</td></tr><tr><td>HBSS, calcium, magnesium, no phenol red</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14025126</td><td>Buffer Solution</td></tr></tbody></table>

fragility assessment of bovine cortical bone using scratch tests

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.

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 짐, 균열 브리징 균열. 마이크로 스크래치 테스트 데이터 모델링2비 선형 파괴 역학에 기반 하는 MATLAB 스크립트를 사용 하 여 분석 된다. 골절 과정의 발생 전에 플라스틱 소비18것입니다. 침투 깊이 증가, 골절 프로세스 활성화 됩니다.
현미경 관찰을 바탕으로, 우리는 단일 균열을 그림 3b와 같이 전파를 고려 하십시오. 비선형 파괴 역학 모델1,2 스크래치 힘의 확장 예측을 만듭니다. 균질 가로 등방성 미세 조직 수준에 외피 뼈에 대 한 간주 됩니다. 그림 6 의 짧은 경도 외피 뼈 표본 파괴 인 성이의 힘 확장을 보여준다. 과민 하 연 성이 있는 전환 침투 깊이 변화 하 여 도입 되었습니다. 취 성 및 분쇄 기반 정권, 스크래치 힘에서에서 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq1.jpg"> 수량에 비례 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq2.jpg"> </img>, 어디 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq3.jpg"> 는 프로브 함수1,2,,34, 모양입니다 5. 따라서, 파괴 인 성, <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq4.jpg"> </img>, 12,3,,45 상수를 향해 수렴. 또한, Kc 값에 해당 하는 취 성 파괴는 그림 6에서 같이 단일 테스트에 대 한 음모를 스케일링에 보고 됩니다. 102 마이크로 스크래치 테스트는 그림 7과 같이 짧은 경도 소 외피 뼈 표본에 수행 되었습니다. 국외 자 테스트 준비 및 염 분 해결책에 스토리지의 1 주일 후 시험 표본에 해당 합니다. 매우 긴 기간에 대 한 표본 저장 변경 다른 파괴 인 성 값을 선도 하는 염 분 해결책에서 촉진 형성으로 인해 표면. 얻은 전체 파괴 인 성 값은 4.05±0.63 MPa<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq5.jpg">. 문학 보고 2.5-5.5 MPa의 범위에서 파괴 인 성 값<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq5.jpg">6,8. 이러한 결과 파괴 인 성 값 마이크로 스크래치 테스트에서 보고 된 문학에 따라 보여 줍니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig1.jpg"> 그림 1: 각 수준에서 실시 하는 뼈 표본 및 실험 조사 다른 계층 수준을 보여주는 그래프. 수평 축 macroscale에서 나노에 이르는 길이 규모에 해당 되며 수직 축 시간 규모는 각 수준에 해당 하는 실험은 실시 합니다. (이미지 크레딧: Kavya Mendu). <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig2.jpg"> 그림 2: 표본 및 (B) 잘 닦은 짧은 경도 뼈 표본에 대 한 기반으로 사용 하는 (a) 알루미늄 디스크의 디지털 사진. <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig3.jpg"> 그림 3: 마이크로 스크래치 테스트 마이크로 스크래치 테스트 소 외피 뼈 표본 (A)의 디지털 사진. 정점 각도 120o 외피 뼈 표본 조사 데 로크 웰 프로브 Polymethyl 메타 크리 레이트에 포함 된. 짧은 경도 견본에서 골절의 혼합된 모드의 도래를 보여주는 뼈 물자가 스크래치 프로브의 (B) 회로도 (크레딧: 앙-써 리 Akono, 암리타 Kataruka, 및 Kavya Mendu). <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig4v2.jpg"> 그림 4: 처음 홈. 스크래치 홈 (A)의 파노라마의 광학 현미경 이미지. 스크래치 홈의 길이 따라 깊이 대 힘의 (B) 해당 줄거리. 수평 힘 마이크로 스크래치 테스터 단계에 연결 된 센서에 의해 감지 저항 마찰력에 해당 되며 수직 힘 진보적인 선형 힘 외피 뼈 표본에 적용 합니다. <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig4v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig5.jpg"> 그림 5: 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 이미지. 스크래치의 SEM 이미지 홈 균열 편향, 균열 가교, 섬유 브리징, 및 다른 확대 수준 (A) 40 X (B) 10000 X 치핑 등 마이크로 메커니즘을 보여주는 (C) 2400 X (D) 5, 000 X. 프레드릭 Seitz 재료 과학 연구소와 베크만 연구소, 일리노이 대학 어바나 샴페인에 낮은 진공 스캐닝 전자 현미경을 사용 하 여 캡처한. <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig6.jpg"> 그림 6: 힘 및 마이크로 스크래치 이미지를 스크래치. (A) 스크래치의 길이 따라 스크래치 힘의 비율 파괴 인 성이의 융합을 보여준다. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq1.jpg"> 는 수평 힘 및 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56488/56488eq3.jpg"> 형상 및 침투 깊이에 따라 조사 모양 기능입니다. (B) 짧은 경도 방향에 있는 소 뼈에 마이크로 스크래치의 파노라마 광학 현미경 이미지. <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56488/56488fig7.jpg"> 그림 7: 인 성 골절. 골절의 102 마이크로 스크래치 테스트 인 성 값을 보여주는 플롯 짧은 경도 소 외피 뼈 표본에 실시. <a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56488/56488fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests

스크래치 테스트를 사용 하 여 소 피 질 골의 취약성 평가

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.

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

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.2K 조회수.  University of Illinois at Urbana Champaign. 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.

비디오: Fragility Assessment of Bovine Cortical Bone Using Scratch Tests

Optimization of the Wound Scratch Assay to Detect Changes in Murine Mesenchymal Stromal Cell Migration After Damage by Soluble Cigarette Smoke Extract

Cell migration is vital to many physiological and pathological processes including tissue development, repair, and regeneration, cancer metastasis, and inflammatory responses. Given the current interest in the role of mesenchymal stromal cells in mediating tissue repair, we are interested in quantifying the migratory capacity of these cells, and understanding how migratory capacity may be altered after damage. Optimization of a rigorously quantitative migration assay that is both easy to customize and cost-effective to perform is key to answering questions concerning alterations in cell migration in response to various stimuli. Current methods for quantifying cell migration, including scratch assays, trans-well migration assays (Boyden chambers), micropillar arrays, and cell exclusion zone assays, possess a range of limitations in reproducibility, customizability, quantification, and cost-effectiveness. Despite its prominent use, the scratch assay is confounded by issues with reproducibility related to damage of the cell microenvironment, impediments to cell migration, influence of neighboring senescent cells, and cell proliferation, as well as lack of rigorous quantification. The optimized scratch assay described here demonstrates robust outcomes, quantifiable and image-based analysis capabilities, cost-effectiveness, and adaptability to other applications.

The capacity to migrate is a key function of many different cell types, including mesenchymal stromal cells (MSCs). However, quantifying alterations in migratory capacity after damage is challenging. This protocol describes an easily adaptable migration assay that uses rigorous statistics to quantify changes in MSC migratory capacity after damage.

상처 스크래치 분석의 최적화 가용성 담배 연기 추출물에 의한 손상 후 쥐 중간 엽 기질 세포 이동의 변화를 감지 할

Cell migration is vital to many physiological and pathological processes including tissue development, repair, and regeneration, cancer metastasis, and ...

연구

발생학

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

방법 골절 디지털 이미지 상관 관계를 사용 하 여 테스트 하는 동안 싱가포르로 대 퇴 골 피 질 긴장을 예상

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

생체공학

Cantilever Bending of Murine Femoral Necks

Fractures in the femoral neck are a common occurrence in individuals with osteoporosis. Many mouse models have been developed to assess disease states and therapies, with biomechanical testing as a primary outcome measure. However, traditional biomechanical testing focuses on torsion or bending tests applied to the midshaft of the long bones. This is not typically the site of high-risk fractures in osteoporotic individuals. Therefore, a biomechanical testing protocol was developed that tests the femoral necks of murine femurs in cantilever bending loading to replicate better the types of fractures experienced by osteoporosis patients. Since the biomechanical outcomes are highly dependent on the flexural loading direction relative to the femoral neck, 3D printed guides were created to maintain a femoral shaft at an angle of 20&#176; relative to the loading direction. The new protocol streamlined the testing by reducing variability in alignment (21.6&#176; &plusmn; 1.5&#176;, COV = 7.1%, n = 20) and improved reproducibility in the measured biomechanical outcomes (average COV = 26.7%). The new approach using the 3D printed guides for reliable specimen alignment improves rigor and reproducibility by reducing the measurement errors due to specimen misalignment, which should minimize sample sizes in mouse studies of osteoporosis.

The present protocol describes the development of a reproducible testing platform for murine femoral necks in a cantilever bending set-up. Custom 3D printed guides were used to consistently and rigidly fix the femurs in optimal alignment.

뮤린 대퇴목의 캔틸레버 굽힘

Fractures in the femoral neck are a common occurrence in individuals with osteoporosis. Many mouse models have been developed to assess disease states and ...

골절 감수성에 대한 기계적 검사의 원리와 프로토콜

Practical Considerations for the Design, Execution, and Interpretation of Studies Involving Whole-Bone Bending Tests of Rodent Bones

Skeletal fragility leading to fracture is an American public health crisis resulting in 1.5 million fractures each year and $18 billion in direct care costs. The ability to understand the mechanisms underlying bone disease and the response to treatment is not only desired, but critical. Mechanical testing of bone serves as a valuable technique for understanding and quantifying a bone&#39;s susceptibility to fracture. While this method appears simple to perform, inappropriate and inaccurate conclusions may be reached if governing assumptions and key steps are disregarded by the user. This has been observed across disciplines as studies continue to be published with misuse of methods and incorrect interpretation of results. This protocol will serve as a primer for the principles associated with mechanical testing along with the application of these techniques-from considerations of sample size through tissue harvesting and storage, to data analysis and interpretation. With this in hand, valuable information regarding a bone&#39;s susceptibility to fracture may be obtained, furthering understanding for both academic research and clinical solutions.

저자 스포트라이트: Enhancing Accuracy and Reproducibility in Whole Bone Bending Tests(전체 뼈 굽힘 검사의 정확성 및 재현성 향상) 

Mechanical testing of rodent bones is a valuable method for extracting information regarding a bone's susceptibility to fracture. Lacking proper practical understanding, the results may be overinterpreted or lack validity. This protocol will serve as a guide to ensure mechanical tests are performed accurately to provide valid and functional data.

설치류 뼈의 전체 뼈 굽힘 시험과 관련된 연구의 설계, 실행 및 해석에 대한 실용적인 고려 사항

Skeletal fragility leading to fracture is an American public health crisis resulting in 1.5 million fractures each year and $18 billion in direct care ...

<meta charset="utf8"></head><body>초음파 BDAT 장치를 사용한 피질 뼈 평가

Cortical Bone Assessment Using Ultrasonic Guided Waves: A Reproducibility Study in a Healthy Population

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected to double between 2020 and 2050. Therefore, it is essential to detect patients at risk of fragility fracture at the population scale. The current golden standard is dual X-ray absorptiometry (DXA), providing the areal bone mineral density (aBMD). Ultrasonic devices, usually more portable and cheaper than X-ray devices, represent interesting DXA alternatives as screening tools. However, operator dependency is usually recognized as their main drawback. In this study, the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device is presented in detail. The dedicated ultrasonic probe is placed at the one-third distal radius of the non-dominant forearm using conventional coupling gel. The guided interface provides in quasi-real time (about 2 Hz) four parameters of interest: velocities of the first arriving signal (vFAS) and the A0 mode (vA0),&#160;cortical thickness (Ct.Th) and porosity (Ct.Po), as well as four quality parameters. The operator moves the probe slowly at the measurement site, carefully observing the feedback provided by the interface until finding a stable position and starting a series of 10 acquisitions. When at least four consistent series are obtained, the measurement ends, and an automatic report is generated. The measurement usually takes about 5 min to complete. To determine the robustness of this protocol, a reproducibility study was conducted among 3 operators (one expert and two novices) and 14 healthy participants (6 women, 8 men, 21-53 years old). The intraclass correlation coefficients (ICC) were found good for vA0 (0.76), Ct.Po (0.80) or excellent for Ct.Th (0.87) and vFAS (0.91). The standard deviations were found to be less than 10% of the total ranges in clinical practice.

<meta charset="utf8"></head><body>초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구

Here, we present the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device in detail and test it in a reproducibility study, considering 14 healthy participants and 3 operators. Reliability, measured with the intraclass correlation coefficients (ICC), was good to excellent for four parameters of interest.

초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected ...

Destabilization of the Medial Meniscus and Cartilage Scratch Murine Model of Accelerated Osteoarthritis

Osteoarthritis is the most prevalent musculoskeletal disease in people over 45, leading to an increasing economic and societal cost. Animal models are used to mimic many aspects of the disease. The present protocol describes the destabilization and cartilage scratch model (DCS) of post-traumatic osteoarthritis. Based on the widely used destabilization of the medial meniscus (DMM) model, DCS introduces three scratches on the cartilage surface. The current article highlights the steps to destabilize the knee by transecting the medial meniscotibial ligament followed by three intentional superficial scratches on the articular cartilage. The possible analysis methods by dynamic weight-bearing, microcomputed tomography, and histology are also demonstrated. While the DCS model is not recommended for studies that focus on the effect of osteoarthritis on the cartilage, it enables the study of osteoarthritis development in a shorter time window, with special focus on (1) osteophyte formation, (2) osteoarthritic and injury pain, and (3) the effect of cartilage damage in the whole joint.

The present protocol describes the controlled microblade scratches on the surface of the articular cartilage after destabilizing the mouse knee by cutting the medial miniscotibial ligament. This animal model presents an accelerated form of osteoarthritis (OA) suitable for studying osteophyte formation, osteosclerosis, and early-stage pain.

내측 반월판 및 연골 스크래치 쥐의 불안정화 가속화된 골관절염의 모델

Osteoarthritis is the most prevalent musculoskeletal disease in people over 45, leading to an increasing economic and societal cost. Animal models are ...

스크래치 테스트를 사용 하 여 소 피 질 골의 취약성 평가

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상처 스크래치 분석의 최적화 가용성 담배 연기 추출물에 의한 손상 후 쥐 중간 엽 기질 세포 이동의 변화를 감지 할

방법 골절 디지털 이미지 상관 관계를 사용 하 여 테스트 하는 동안 싱가포르로 대 퇴 골 피 질 긴장을 예상

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설치류 뼈의 전체 뼈 굽힘 시험과 관련된 연구의 설계, 실행 및 해석에 대한 실용적인 고려 사항

설치류 뼈의 전체 뼈 굽힘 시험과 관련된 연구의 설계, 실행 및 해석에 대한 실용적인 고려 사항

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초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구

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