骨骼作為人體重要的承力器官,具有保護內(nèi)部臟器,支持人體穩(wěn)定運動的功能。骨骼具有典型的多級結(jié)構(gòu)特征,不同尺度下的結(jié)構(gòu)單元其組成與相互間的協(xié)同作用決定了骨骼的力學(xué)性能。對骨骼基本結(jié)構(gòu)單元的力學(xué)研究一直以來是骨力學(xué)研究的熱點。尤其是對骨骼微納米尺度下結(jié)構(gòu)單元的研究,對于揭示骨骼優(yōu)良力學(xué)性能尤其是高斷裂韌性、更深入理解疾病對骨力學(xué)行為的影響機理、研發(fā)仿生骨修復(fù)材料具有非常重要的作用。隨著微觀力學(xué)測試技術(shù)的發(fā)展,骨微納米尺度力學(xué)研究有了較大進展,例如X射線同步輻射拉伸、原位Micro-CT、分子動力學(xué)模擬計算等間接試驗方法與模擬計算技術(shù)的應(yīng)用,使我們對骨的力學(xué)行為與韌化機理的理解有重要進展,但對骨結(jié)構(gòu)單元的進行直接力學(xué)研究仍少見報道。為了更深入理解骨骼微納米尺度的力學(xué)行為,本文結(jié)合原子力顯微鏡與電動力學(xué)拉伸系統(tǒng),成功研發(fā)了一種新型原位力學(xué)測試裝置,并對骨的微納米尺度力學(xué)行為進行了研究,評價了游離水與鍵合水對于骨骼韌性的影響,研究了不同種類裂紋對骨骼韌性的貢獻。研發(fā)的原位測試裝置能穩(wěn)定實時地表征材料結(jié)構(gòu)與受力情況;原位力學(xué)測試證明了研發(fā)的原位測試平臺的有效性,并揭示了骨骼的微觀韌化機理;骨力學(xué)研究... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１：骨骼中膠原蛋白的多級組裝示意圖［１２］

?ｎｂｒｔｌ?ｄｌａｍＵｒ?？ｃａｌ？?ｒ??圖１．１：骨骼中膠原蛋白的多級組裝示意圖［１２］。（ａ）計算機模擬建模，展示了膠原分子：三??螺旋多肽鏈，相互錯開平排列組裝成膠原微纖維，并形成了孔區(qū)與重疊區(qū)相互交替的周??期性結(jié)構(gòu)，周期約為６７ｎｍ（Ｄ－ｐｅｒｉｏｄ）。０％，２０％，４０％代表礦化過程中，礦物質(zhì)重量百??分比的變化，ＨＡ?（紅）在孔區(qū)優(yōu)先成核。（ｂ）骨從宏觀到原尺度的多級組裝結(jié)構(gòu)示意圖。??Ｆｉｇ?１．１：?Ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌ?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｏｆ?ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｉｎ?ｂｏｎｅ［１２］．?（ａ）?Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌｉｎｇ?ｓｈｏｗ？??ｉｎｇ?ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ：?ｔｒｉｐｌｅ?ｈｅｌｉｘ?ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ?ｃｈａｉｎｓ?ｓｔａｇｇｅｒｅｄ?ｆｌａｔｌｙ?ａｒｒａｎｇｅｄ?ｉｎｔｏ?ｃｏｌｌａｇｅｎ??ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｓ?ａｎｄ?ｆｏｒｍｅｄ?ａ?ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ｗｈｉｃｈ?ｔｈｅ?ｃｅｌｌ?ｒｅｇｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ?ｒｅｇｉｏｎｓ??ａｌｔｅｒｎａｔｅｄ?ｗｉｔｈ?ｅａｃｈ?ｏｔｈｅｒ．?Ｔｈｅ?ｐｅｒｉｏｄ?ｉｓ?ａｂｏｕｔ?６７?ｎｍ?（Ｄ－ｐｅｒｉｏｄ）．?０％，?２０％，?４０％?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?ｔｈｅ??ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｗｅｉｇｈｔ?ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｏｆ?ｍｉｎｅｒａｌｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｔｈｅ?ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ，?ａｎｄ?ＨＡ?（ｒｅｄ）?ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ??ｎｕｃｌｅａｔｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｐｏｒｅ?ａｒｅａ

圖１．３：骨骼中微裂紋增韌，微裂紋的產(chǎn)生與傳播消耗能遽從而使骨骼增韌

【參考文獻】：
期刊論文
[1]MULTISCALE MECHANICS OF BIOLOGICAL AND BIOLOGICALLY INSPIRED MATERIALS AND STRUCTURES[J]. Markus J.Buehler.  Acta Mechanica Solida Sinica. 2010(06)



本文編號：3116525