Nanoscale Analys och den Nanoindentation Van vid Studien Verkställer av Osteoporosis, och Dess Behandlingar på BenSilkespappret som är Kvalitets- vid CSM, Instrumenterar

Täckte Ämnen

Bakgrund

Nanoscale Analys

Nanoindentation Analys

Bestämmande faktor av BenStyrka

Resultat

Variation av Nanomechanical Kännetecken i Vertebral Förkroppsligar Cortices

Verkställa av ProteinIntag på Nanomechanical Kännetecken

Den Macroscopic Mekanisk för Resultat för det Nanomechanical Kontra Rekvisitan Silkespappret och BenMineral Samlas

Avslutning

Bekräftelser

Bakgrund

Benregeneration framlägger en ha som huvudämneutmaning till den ortopediska medicinen. Strömmetoder för behandlingen av massiv benförlust är i grunden anhörigen på konstgjorda prostheses. Prostheses kan inte vara bruk i varje fall tack vare begränsningen av rörelse, och biocompatibilityen utfärdar. På motsvarande sätt kan prosthesisen missa långsiktigt, och resultatet i förlusten av fungerar och eventuellt morbiditet.

Nanoscale Analys

Ny nanoscaleanalys som appliceras i ben, och andra mineralized biologiska material möjliggör ett nytt fönster in i boten specificerar av mekaniskt uppförande på extremt lilla fjäll. Mikro och macroscopic analys, som avkastning i genomsnitt uppgå till antal över större längdfjäll, kan inte vara känslig nog att identifiera de bakomliggande skillnaderna mellan liknande två tar prov. Hence är nanoscalestudier önskvärda för den löste karakteriseringen av dessa komplexa material. I tillägg är nanoscalemethodologies användbara, när volymen av materiellt tillgängligt är för liten för större fjällanalyser, till exempel med silkespappret iscensatt benbildande, i kritisk-storleksanpassat, hoppar av och tjaller modellerar. Exaktheten av förminskande biomechanical rekvisita genom att använda traditionellt iscensätta strålar teorin som appliceras till helt böja för ben, testar på mus som ben har också ifrågasatts.

Nanoindentation Analys

Nanoindentation analys har fokuserat skillnader mellan bark- och det trabecular ben, anisotropy, tidanhörigplasticity, variationer, som en fungera av distanserar från osteonalen, centrera till och med den nöjda femoral mineralen för cortexen, för viscoelasticity och för variationer tack vare.

För att utvärdera rollen av inneboende det kvalitets- bensilkespappret i benstyrka, testar en nanoindentation utfördes på det jämnt av den vertebral cortexen av vuxen människa tjaller efter olikt dietary, och hormonal behandligar som är bekant till påverkanbenstyrka av ett intakt skeletal, lappar tydligt.

Nanoindentationtekniken bedömer både hårdhet och spänst av torrt och blöter bensilkespappret med en rumslig upplösning för kick. Nanoindentation har också bevisats att vara en pålitlig metod som bedömer den inneboende mekaniska rekvisitan av strukturella enheter för singelben (BSU). Lokalresårrekvisitan av strukturella enheter för ben fanns för att variera markant bland individer, anatomical lägen, typen av ben (interstitial, osteonal och trabecular) och trabecular riktning.

Resultaten av den närvarande studien indikerar att förutom geometri och microarchitecture, den inneboende bensilkespapperegenskapen är en viktig bestämmande faktor av den mekaniska kompetensen av tjaller kotor efter dietary OVX-behandling och lågt proteinintag.

Figurera 1. Styrka-Förskjutning buktar av en nanoindentation testar: ladda (1), innehav (2) som lastar av (3) av en indenterspets. Den tredje delblytaket till resåråterställningen av det materiellt och dess initialt sluttar är van vid härleder resårinryckningsmodulusen. Hysteresisen föreställer den skingrade energin.

Nanoindentation föreställer en testa av den inneboende mekaniska rekvisitan av bensilkespappret. Denna teknik får styrka-förskjutning data av en pyramidal diamantindenter som trycks på in i ett materiellt. Fig. 1 shows som resultera buktar, som består av tre delar. I del 1, laddas postar indenterspetsen på ta prov, som resulterar i en komplex kombination av resåret, och avkastningdeformering.

På maximat styrka, rymms ladda konstant leda till äckel av det materiella nedanfört spetsen. När styrkan på spetsen är utsläppt, avkänns resårsvaret av det materiellt (Del 3). Slutta på peka av initial avlastning är ansedd att härleda resårrekvisitan av ta prov. Avlastningen sluttar har med:

(equ 1)

ett riktaförhållande med Acen för kontaktområde (Hmax) och den förminskande modulusen Er. Kontaktområdet är det projekterade området av kontakten mellan den pyramidal indenteren och ta prov och föreställer en kalibreringsparameter. Den förminskande modulusen föreställer en summa av överensstämmelsen av den materiell och diamantindenteren.

(equ.2)

Första del definieras som inryckningsmodulusen och härleder från den bekant rekvisitan av indenterspetsen och den förminskande modulusen. Inryckningsmodulussammanslutningarna med

(equ 3)

lokalresårmodulusen och det Poisson förhållandet av prov och föreställer den första parametern av intresserar i detta pappers-. Förhållandet av maximat styrka och kontaktområdet levererar en mekanisk parameter för understödja, hårdhet:

(equ 4)

Hårdhet kan tolkas som ett medel pressar det materiellt kan motstå.

En third som tillverkades av inryckningsexperiment, togs in i kontot, dvs., området av hysteresisen (se Fig. 1). Denna parameter har dimensionera av mekaniskt arbete och föreställer energin som skingras under inryckningen, testar.

Figurera 2. Schematisk framställning av detplast- uppförandet på ben under nanoindentationen

För nanoindentationen testar, det vertebral5 Let förkroppsligar av varje tjaller dissekerades på det jämnt av de intervertebral disksna. Benproven hölls fryste, tills förberedelsen för det mekaniskt testar. Kotan klipptes transversally i en mitt av de ungefärligt 8na, en mm somkicken förkroppsligar. Tar prov bäddades in i PMMA, och vända mot av det transverse snittet var den polerade avslutningen med en 0,25 μmdiamantlösning. Efter dessa förberedelsen har klivit, torkades prov för 24 H på 50°C.

Det mekaniskt testar inklusive 9 inryckningar på det bark- beskjuter av varje som är vertebral, förkroppsligar, 3 inryckningar på bakdelen, tre på lateralen och tre vidare på den anterior platsen. På varje plats gjordes tre inryckningar på det periosteal, centralen, och det endosteal läget av benmatrisen (Fig. 3a) Inryckningarna kördes till 900, nm- sommaximat djup som applicerar ett ungefärligt, anstränger klassar av ε = 0,066 1/s för både att ladda och avlastning. På maximat ladda 5 s som den hållande perioden användes. Begränsa av maximat - tillåten termisk driva var fastställd till 0,1 nm/s. Inryckningarna utfördes på centrera av lamellerna; inryckningar på kanta av två lameller var uteslutna. I den närvarande studien endast testades det bark- ben, sedan ha som huvudämne försämring, och förstörelse av det trabecular strukturerar observerades i OVX tjaller matade ett lågt protein bantar.

Figurera 3a. Schematisk framställning av inryckningsområdena. På vertebral transversella skivor av lumbaren förkroppsliga, tre platser valdes: anterior, senare och sidoplatser (se lämnat för att figurera). På varje plats definierades tre lägen som strukturerar av intresserar: det periosteal, centralen och de endosteal lägena (se den högra delen av figurera).

Figurera 3b. Den Optiska micrographyen av den Berkovich inryckningen på Trabecular/bark- Nanoindentation och AFM som är med hög upplösning, avbildar. (μm 12 x 12 x 1,5)

Bestämmande faktor av BenStyrka

•,        Omdelning 3D

•,        Geometri

•,        Microarchitecture

•,        Belopp av Materiellt

•,        Materiellt Kvalitets-

•,        Mineralisation

•,        Matris

•,        Organisation

Resultat

Variation av Nanomechanical Kännetecken i Vertebral Förkroppsligar Cortices

Heterogeneityen av nanomechanical kännetecken som mätas i olika platser av det vertebral, förkroppsligar cortexen, (som är, anterior, senare och lateral) utvärderades först in kontrollerar djur. För alla tre mekaniska parametrarna (inryckningsmodulus, hårdhet och den skingrade energin) som är lägre, värderar avkändes på den anterior platsen.

En tvåvägsANOVA som utförs med läge och platsen som fixat verkställer, visat att platsen var högt viktig för alla dessa tre mekaniska parametrar (P < 0,0001). Läge (periosteal, endosteal eller central), var å andra sidan inte viktigt (P > 0,6).

Verkställa av ProteinIntag på Nanomechanical Kännetecken

Påverkan av isocaloric proteinundernutrition och av nödvändiga amino syratillägg bedömdes därefter.

TrevägsANOVA för inryckningsmodulusen som betraktar den färdiga datamängden, visade igen kicken global signifikans för platsen (anterior, sido, bakdel) (P <0.001). Dela upp i faktorerläget (periosteal, endosteal, central) var måttligt viktigt (P = 0,029) och behandling var inte globalt viktigt (P = 0,65). Emellertid var växelverkan mellan behandling och platsen nästan den jämna signifikansen (P = 0,06). Detta ledde oss för att applicera en statistisk utvärdering för individ för varje av de tre platserna.

tvåvägsANOVAs utfördes med behandling och läge, som fixat, verkställer. Påverkan av behandlingen var inte viktig (P > 0,1). I kontrast var dela upp i faktorerläget viktigt för den anterior platsen (P = 0,013) och för den senare platsen (P = 0,0002), men inte viktigt för sidoplatsen (P = 0,2). Denmekaniska rekvisitan av de olika lägena framläggas separat (Fig. 4). Jämförelsen mellan behandlinggrupperna var förlorad alla lägen. posta hoc analys visade att viktiga minskningar av nano-mekanisk rekvisita (P < 0,05) på det endosteal läget i OVX tjaller matade det låga proteinet bantar, som jämfört med HYCKLA. Denna skillnad var som kan spåras för alla tre nanomechanical parametrarna.

På centraldelen av den senare hjässan förminskades hårdhet och skingrad energi markant (P = 0,02 och P = 0,03, respektive) som svar på ovariectomy, och det låga proteinet bantar. I periosteal läge HYCKLAR den viktiga förändringen av resårrekvisita och energiskingrande between, och OVX tjaller med det låga proteinet bantar avkändes också (P = 0,01 och P = 0,02, respektive).

Realitettrenden av nödvändiga amino syratillägg på inryckningsmodulus och skingrad energi var inte viktig (P < 0,1) på det endosteal läget. Det fanns också en trend för en verkställa av nödvändiga amino syratillägg på hårdhet på centralorten (Pb < 0,1). För inryckningsmodulus på det periosteal läget verkställer av nödvändiga amino syrliga tillägg var nästan viktigt (P = 0,06).

Den Macroscopic Mekanisk för Resultat för det Nanomechanical Kontra Rekvisitan Silkespappret och BenMineral Samlas

För korrelationen mellan nanomechanical data och macroscopic testar, som erhölls av axiell kompression av det vertebral förkroppsligar [2], medlet värderar av hårdhet, och inryckningsmodulusen och skingrad energi av varje tjaller användes (Fig. 5). Macroscopic energi till fel visade att en korrelation (R2 = 0,6) med den skingrade energin av inryckningen testar. Macroscopic ultimat styrka korrelerade måttligt med hårdhet (R2 = 0,27), och styvhet visade ingen korrelation med den inneboende resårrekvisitan.

Figurera 5. Resultat av nanoindentationen testar på det jämnt av den senare delen av det vertebral förkroppsligar för alla tre behandlinggrupperna (se text). *Statistically viktigt (P < 0,05).

Jämförelsen mellan axiell kompression (gammal macroscopic metod) och Nano-Inryckningen (Ny nanometric metod) är perfekt pålitlig men nanoindentationen ger mer resultat på silkespapperuppförande på det låga fjäll.

Figurera 6. Jämförelse mellan den axiella testa för kompression och nanoindentationen

Avslutning

Den närvarande studien visade att en heterogeneity av inneboende bensilkespapperrekvisita av den vertebral tjalla förkroppsligar, som omväxlande i förhållande till proteinintag. Lågt proteinintag som var tillhörande med ovariectomyen som parades med nödvändiga amino syratillägg, minskade det nanomechanical värderar. Dessa resultat understryker kapaciteten av nanoindentationtekniken att avkänna ändringar som framkallas av näringsrika och hormonal behandligar.

Korrelationer mellan macroscopic mekaniska resultat som bedömde av axiell kompression av det vertebral förkroppsligar, och den nanomechanical silkespapperrekvisitan föreslår att macroscopic postelastic uppförande som är omväxlande starkt med den materiella bräckligheten som avkänns på det jämna silkespappret. Macroscopic styvhet dominerades emellertid av bengeometriändringar och mindre vid variationer av silkespapperrekvisita, som nanoindentationen avslöjer. Andra mineralized biologiska material liksom dentinen, emalj och calcified brosk kunde vara utstuderade vid nanoindentationtekniken.

Bekräftelser

Författarna tackar Dr Patrick Ammann från Tjänste- av BenSjukdomar [WHO som Samarbetar, Centrerar för OsteoporosisFörhindrande], Avdelning av Rehabilitering, och Geriatrik, Sjukhuset för 7 Universitetar, Geneva, Schweitz för bruket av hans färdiga studier Skyler över brister: Bena ur ISSN 8756-3282 2005, Vol. 36, no1, pp. 134-141 [8 sidor (artikel)] (referens 28.)

Källa: CSM Instrumenterar

För mer information på denna källa behaga besök CSM Instrumenterar

Date Added: Jun 25, 2007 | Updated: Dec 2, 2014

Last Update: 9. December 2014 20:02

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit