應(yīng)用案例 | 骨微觀力學(xué)失效行為研究前處理

人體的骨骼是由中胚層發(fā)育而成的，是人體的重要組織器官。從生物角度看，它是人體鈣元素的存蓄部位，還是人體的重要造血器官。從結(jié)構(gòu)上看，它是主體重要承重器官。因此，了解骨的結(jié)構(gòu)對于骨替代復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的意義。骨骼主要是由無機材料和有機材料組成的復(fù)合材料。其中有機成分占骨骼總重量的30％，主要是膠原。骨骼的無機部分占人體骨骼總重量的70％，主要是羥基磷灰石(HA)。骨復(fù)雜的分級結(jié)構(gòu)賦予其高的剛度、強度和斷裂韌性。

目前對骨微觀增韌機理的系統(tǒng)性理解仍然需要更深入的實驗性研究?？梢酝ㄟ^原位AFM-力學(xué)測試平臺，實現(xiàn)在宏觀加載時原位觀察密質(zhì)骨各級結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，探索橋接機理在不同尺度上在裂紋傳播的各階段發(fā)揮的作用。這些實驗結(jié)果可以為骨微觀力學(xué)研究提供新方法和思路，為仿生骨材料的研發(fā)提供力學(xué)仿生的理論依據(jù)。為了更好地進行AFM原子力顯微鏡測試，需要對試樣進行前處理。試樣制備過程如圖所示。

從菜市場購買新鮮的豬筒骨,運送至實驗室后用生理鹽水浸泡,并將附著在豬筒骨外表面的軟組織去除干凈,隨后用IsoMet 1000切割機將筒骨的骨骺去除，取一段直徑尺寸相對均勻的骨干，去除中心的骨髓,將脛骨骨干切成長約為20 mm的圓筒狀,最后切成尺寸約為20 mmX10 mmX3 mm的長方體塊。然后再通過標(biāo)樂HighSpeed高速精密切割機切成10 mm×3 mm×1 mm的薄片。

采用標(biāo)樂EcoMet 30磨拋機手動研磨拋光，磨拋參數(shù)如下：

使用Leica DM4M金相微鏡拍攝樣品如下圖所示，可以清晰觀察到磨拋后骨頭截面，加工面平整、無劃痕與損傷，可展現(xiàn)出骨頭樣品內(nèi)部最真實的結(jié)構(gòu)信息，符合AFM原子力顯微鏡測試的要求。

相關(guān)設(shè)備

IsoMet1000精密切割機是一款封閉式的切割機，能勝任不同類型的切割任務(wù)，最小化樣品損傷。夾具通用性這一特點能很好的夾持各種不同形狀結(jié)構(gòu)的樣品，也給當(dāng)今實驗室實現(xiàn)精密切割提供了一種能很好切割任何材料的切割機，包括易碎柔軟的金屬，復(fù)合材料，水泥，薄片制樣，塑料，電子儀器和生物材料。

一款可編程的臺式高速精密切割機，可連續(xù)定位切割，實現(xiàn)多次自動切割，提供效率高的精密切割,切割易碎試樣時提供精確的切割精度，并可以進行直觀控制。通過精密激光、免工具調(diào)節(jié)和三軸刀片運動快速進行切割校準(zhǔn)。

EcoMet 30單盤手自一體磨拋機為日常磨拋提供了簡便的自動操作。友好的觸摸屏界面屏幕上可以顯示所有經(jīng)常使用的功能。EcoMet 30的一鍵清洗功能為每步都需要更換磨拋工藝的客戶節(jié)省時間?？梢造`活兼容8in[203 mm]/10in[254 mm]/12in[305 mm]磨盤。

Leica DM4M金相顯微鏡適用于材料科學(xué)和質(zhì)量控制領(lǐng)域，能夠提供真實、可再現(xiàn)的顯微鏡觀察結(jié)果，呈現(xiàn)出色的光學(xué)性能以及高品質(zhì)的圖像。只需輕敲一個按鈕，即可存儲和恢復(fù)成像條件。利用高品質(zhì)顯微圖像，能夠輕松進行具有挑戰(zhàn)性的檢驗、測量和分析任務(wù)。