2024-10-23

应用案例 | 骨微观力学失效行为研究前处理

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人体的骨骼是由中胚层发育而成的，是人体的重要组织器官。从生物角度看，它是人体钙元素的存蓄部位，还是人体的重要造血器官。从结构上看，它是主体重要承重器官。因此，了解骨的结构对于骨替代复合材料的微观结构设计具有重要的意义。骨骼主要是由无机材料和有机材料组成的复合材料。其中有机成分占骨骼总重量的30％，主要是胶原。骨骼的无机部分占人体骨骼总重量的70％，主要是羟基磷灰石(HA)。骨复杂的分级结构赋予其高的刚度、强度和断裂韧性。

目前对骨微观增韧机理的系统性理解仍然需要更深入的实验性研究。可以通过原位AFM-力学测试平台，实现在宏观加载时原位观察密质骨各级结构的力学行为，探索桥接机理在不同尺度上在裂纹传播的各阶段发挥的作用。这些实验结果可以为骨微观力学研究提供新方法和思路，为仿生骨材料的研发提供力学仿生的理论依据。为了更好地进行AFM原子力显微镜测试，需要对试样进行前处理。试样制备过程如图所示。

从菜市场购买新鲜的猪筒骨,运送至实验室后用生理盐水浸泡,并将附着在猪筒骨外表面的软组织去除干净,随后用IsoMet 1000切割机将筒骨的骨骺去除，取一段直径尺寸相对均匀的骨干，去除中心的骨髓,将胫骨骨干切成长约为20 mm的圆筒状,最后切成尺寸约为20 mmX10 mmX3 mm的长方体块。然后再通过标乐HighSpeed高速精密切割机切成10 mm×3 mm×1 mm的薄片。

采用标乐EcoMet 30磨抛机手动研磨抛光，磨抛参数如下：

使用Leica DM4M金相微镜拍摄样品如下图所示，可以清晰观察到磨抛后骨头截面，加工面平整、无划痕与损伤，可展现出骨头样品内部最真实的结构信息，符合AFM原子力显微镜测试的要求。

相关设备


IsoMet1000精密切割机是一款完全封闭式的切割机，能胜任不同类型的切割任务，最小化样品损伤。夹具通用性这一特点能很好的夹持各种不同形状结构的样品，也给当今实验室实现精密切割提供了一种能很好切割任何材料的切割机，包括易碎柔软的金属，复合材料，水泥，薄片制样，塑料，电子仪器和生物材料。

IsoMet®High Speed Pro 高速精密切割机

一款可编程的台式高速精密切割机，可连续定位切割，实现多次自动切割，提供效率高的精密切割,切割易碎试样时提供精确的切割精度，并可以进行直观控制。通过精密激光、免工具调节和三轴刀片运动快速进行切割校准。


EcoMet 30单盘手自一体磨抛机为日常磨抛提供了简便的自动操作。友好的触摸屏界面屏幕上可以显示所有经常使用的功能。EcoMet 30的一键清洗功能为每步都需要更换磨抛工艺的客户节省时间。可以灵活兼容8in[203 mm]/10in[254 mm]/12in[305 mm]磨盘。

DM4 M正置材料显微镜

Leica DM4M金相显微镜适用于材料科学和质量控制领域，能够提供真实、可再现的显微镜观察结果，呈现出色的光学性能以及高品质的图像。只需轻敲一个按钮，即可存储和恢复成像条件。利用高品质显微图像，能够轻松进行具有挑战性的检验、测量和分析任务。

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