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纳米压痕检测中保载时间对骨微观弹性模量和硬度影响
目的 观察不同保载时间对骨微观弹性模量和硬度的影响,探讨SD大鼠合适的保载时间.方法 10只10月龄雌性SD大鼠,取双侧股骨制备成纳米压痕标本.采用纳米压痕技术分别在不同保载时间下(分为15s,30 s,60 s,90 s,120 s五组)测量皮质骨的微观硬度和弹性模量.结果 随着保载时间的增加,在15s,30 s,60 s时硬度和弹性模量有递增趋势,在60 s之后有下降趋势或者反折.硬度H组间P ＞0.05,无显著性差异;弹性模量Er组间P＜0.05,有显著性差异.结论 60 s是SD大鼠合适的保载时间.为更准确的测量大鼠微观力学特性提供了理论依据.
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纳米压痕技术观察骨微观力学特性变化的实验研究
目的 探讨骨质疏松皮质骨和松质骨微观力学特性的动态变化.方法 20只10月龄雌性SD大鼠随机分为5组:假手术对照组,去势3月组,去势6月组,去势9月组,去势12月组,每组4只.分别于去势不同时间点,取双侧股骨和腰3、4椎体标本,测量骨密度值.采用纳米压痕技术分别测量各组皮质骨和松质骨的微观硬度和弹性模量.结果 随去势时间的增加,皮质骨和松质骨的硬度和弹性模量均呈递减趋势(P＜0.05).各去势组皮质骨内骨板的弹性模量和硬度均比同组的外骨板高,而皮质骨硬度均高于松质骨,假手术对照组和去势3月组皮质骨的弹性模量高于松质骨,去势6月、9月、12月组松质骨的弹性模量高于皮质骨.结论 骨质疏松症皮质骨和松质骨的微观硬度、弹性模量同步降低,这是导致骨骼力学强度下降的重要因素.
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纳米压痕技术在骨质疏松诊治中的研究进展
骨质疏松引起的严重的并发症为骨质疏松性骨折,因此在骨质疏松病理过程中,骨生物力学具有举足轻重的作用.20世纪90年代,Oliver提出的纳米压痕技术(nanoindentation)成为研究材料微观力学特性的新技术.它不仅能够精确测量骨小梁细微结构的弹性模量、硬度,而且可以用于骨微观结构断裂韧性的检测.本文就近年来纳米压痕技术在骨质疏松症诊断治疗研究领域的应用作一综述.
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大鼠可吸收羟基磷灰石位点保存后牙槽骨材料力学性能和牙齿移动评价
目的 探索大鼠可吸收羟基磷灰石位点保存牙齿移动后的牙槽骨材料力学性能和牙齿倾斜度变化,为正畸治疗提供指导.方法 6周龄SD大鼠30只,拔除左上第一磨牙后,通过查随机数字表分为3组(每组10只),A组拔牙窝内植入可吸收羟基磷灰石,B组植入Bio-Oss骨粉,C组自然愈合作为对照组.4周后,10g牵引力近中移动左上第二磨牙28天至拔牙窝内.应用显微CT评价加力后牙齿倾斜度,纳米压痕测试骨弹性模量和硬度,并进行统计分析.结果 牙齿移动后,A组的骨材料力学性能高(P<0.05),牙齿倾斜度小.结论 可吸收羟基磷灰石位点保存后牙齿移动时,局部牙槽骨的材料力学性能增强,牙齿倾斜度减小.
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钙磷浓度变化对钛合金微弧氧化涂层微观力学性能的影响
目的 研究微弧氧化(MAO)电解液中钙磷浓度的变化对所制备涂层微观力学性能的影响.方法 制作直径10 mm、厚1 mm的圆盘形Ti-6Al-4V合金试件32个,随机分4组,在4种含不同配比的乙酸钙和β-甘油磷酸二钠盐的电解液中制备MAO涂层.4种电解液中β-甘油磷酸二钠盐浓度均固定为0.02 mol/L.乙酸钙浓度从0.05～0.3 mol/L逐级递增.通过X线能谱分析检测试件表面MAO涂层的钙磷比(Ca/P).纳米压痕试验测量涂层的微弹性模量及微硬度.结果 电解液中乙酸钙浓度从0.05～0.3 mol/L逐级增加时.制备出的MAO涂层Ca/P也相应从0.52±0.02、1.23±0.05、1.75±0.10增加到2.44±0.05.微弹性模量分别为(56.11±8.22)、(48.46±9.74)、(32.07±7.07)和(28.19±6.94)GPa,微硬度分别为(3.13±0.78)、(2.56±0.85)、(1.49±0.68)和(0.68±0.27)GPa.结论 电解液中钙磷浓度变化对MAO涂层的微观力学性能有显著影响.微弹性模量及微硬度随涂层Ca/P增加而减小.
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不同含湿率及加载条件对人皮质骨纳米压痕测试的影响
目的:探讨不同含湿率及加载条件对人皮质骨纳米压痕测试的影响.方法:采用美国Hysitron纳米压痕仪,设定不同加载模式(高峰载荷分别为300、400、500 nm;加载速度分别为6、8、10 nm/s)对不同含湿率(20 ‰、30 ‰、40 ‰、50‰、60‰)人皮质骨进行弹性模量及硬度测量.结果:在同一加载模式下,不同含湿率标本的测试值随着含湿率增高,弹性模量及硬度值均显著降低(P＜0.01);三种不同加载模式对含湿率为20‰标本测试值无明显变化;对含湿率60‰标本测试值有显著性影响(P＜0.02).结论:纳米压痕仪测试骨微观力学特性时,测试值不仅受标本本身含湿率的影响,当测试条件改变,对湿润标本测试结果也完全不同.当使用纳米压痕技术时,通常采用脱水包埋处理的标本测试出的机械性能,对我们在微观层面认识人体骨在湿润的生理环境下的机械性能是不够全面的.
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年龄与位置对牙本质力学性质的影响
目的 研究人牙本质弹性模量和硬度随年龄和位置的变化情况.方法 采集下颌无龋坏第3磨牙,按照年龄分为青年、中年、老年3组.采用纳米压痕对牙本质切片的多个位置进行力学测试.结果 外层和中层牙本质的弹性模量和硬度大于内层牙本质的弹性模量和硬度;随着年龄的增长,各个区域的牙本质弹性模量和硬度都增大.结论 牙本质具有梯度力学特性,外层和中层牙本质具有很高的刚度,其抵抗变形的能力要强于内层牙本质.同时,随着年龄增长牙本质弹性模量和硬度增大.
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基于纳米压痕法的关节软骨保湿测量技术
目的 在保持关节软骨表面湿润的情况下,进行纳米压痕实验,研究具有一定生物活性的关节软骨微结构的力学性能.方法 通过实验的方法,评估冷镶嵌法和保湿法对保持软骨在体力学性能的优劣,并应用保湿法得到不同保护液下软骨微结构的力学性能.结果 冷镶嵌法测得的软骨表层的弹性模量远大于保湿法测得的数值,蒸馏水保护下的软骨表层和深层的弹性模量明显高于壳多糖溶液和生理盐水保护下的软骨的弹性模量.结论 保湿法更有利于保持生物材料在体时的力学性能和保持生物材料的生物活性,通过保湿法也可以证明壳多糖溶液及生理盐水均可有效保持软骨的力学性能.
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早期釉质龋的表层再矿化效果评价
目的 通过测量早期釉质龋再矿化后的形貌和力学性能变化,了解再矿化对早期釉质龋表层力学性能的影响.方法 实验前对样品进行力学性能检测.采用早期釉质龋模型形成人工早期釉质龋,选用氟化钠作为处理剂进行再矿化.再矿化后通过扫描电镜观察脆断面的晶体变化,通过偏光显微镜了解其矿化后的形貌学特点.采用纳米压痕法测量其矿化前后的力学性能变化,了解表层的矿化情况.结果 氟化钠处理后,在表层釉质中出现了新晶体的沉积,新沉积晶体的排列与原来的晶体方向有一定的偏差.再矿化前后其纳米硬度值和弹性模量的变化均差异有显著性(P<0.05);纳米硬度提高了42.3%,弹性模量增加了37.5%.结论 再矿化后早期釉质龋表层的纳米硬度的弹性模量均有所增加,新晶体在其表层沉积.
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负重对生物活性骨水泥与骨结合界面微力学及化学成分的影响
目的探讨负重对含锶羟基磷灰石(Sr-HA)生物活性骨水泥与骨结合界面微力学及化学成分的影响.方法12只兔随机分为两组,将Sr-HA活性骨水泥注入其中一组兔的髂骨内(非负重状态),另一组中,Sr-HA活性骨水泥被用于单侧半髋关节置换(负重状态).术后6个月,我们分别对两种状态下骨与Sr-HA活性骨水泥界面的组织学、化学成分及力学特性等进行了研究和比较.结果组织学观察可见,在丽种状态下,骨与Sr-HA活性骨水泥均能紧密结合.但负重组的骨-骨水泥界面可见活跃的新骨形成及骨的重建.能谱(EDX)分析的结果显示:负重组界面的钙与磷含量明显高于非负重组.此外,两种状态下,界面的力学性能表现出不同的特性:负重组界面的杨氏模量及硬度高于骨及骨水泥;而非负重组界面的力学性能介于骨与骨水泥之间.结论负重有利于骨的代谢及骨-骨水泥界面的力学特性.
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基于纳米压痕实验的犬牙周膜弹性模量研究
目的: 应用纳米压痕技术定量测定比格犬牙周膜弹性模量,为准确建立牙周膜本构模型奠定基础.方法: 对于24 个比格犬下颌第一磨牙牙根横断面切片试样,采用纳米压痕技术沿牙长轴不同层面和同一层面牙根不同方位的牙周膜位点压入、卸载,获取加载- 位移曲线,计算弹性模量,进行统计分析.结果: 基于纳米压痕法测得比格犬牙周膜下颌磨牙弹性模量约为0. 452 ～ 1. 542 MPa.沿牙长轴不同牙根层面的牙周膜弹性模量没有显著差异,牙根同一层面不同方位(颊舌侧、近远中侧)的牙周膜弹性模量存在显著差异(P＜ 0. 05) .结论: 比格犬同一牙根的颊舌侧与近远中侧牙周膜弹性模量存在差异.
