一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該試樣臺(tái)由臺(tái)體、容置槽、套管、關(guān)節(jié)軟骨和樹(shù)脂組成。本發(fā)明的關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)可以解決軟骨試樣表面處理困難及鑲嵌法對(duì)軟骨表面脫水問(wèn)題，使得整個(gè)被測(cè)試樣在表面處理及測(cè)試過(guò)程中無(wú)任何微小擾動(dòng)。本試樣臺(tái)采用研磨、拋光的方法對(duì)軟骨表面進(jìn)行了處理，可以有效地顯示軟骨表面的微結(jié)構(gòu)；磨拋過(guò)程及測(cè)試過(guò)程中試樣不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)；國(guó)內(nèi)現(xiàn)有納米壓痕儀基本全部依賴(lài)進(jìn)口，其保水組件價(jià)格昂貴，該實(shí)驗(yàn)方法降低了實(shí)驗(yàn)成本且可信度高于壓痕儀上的配置組件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，屬于微尺度力學(xué)性能測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，基于納米壓痕法的關(guān)節(jié)軟骨力學(xué)性能測(cè)試已經(jīng)成為研究軟骨性能的有效方法。然而納米壓痕實(shí)驗(yàn)的關(guān)節(jié)軟骨保濕方法效果較差，其只能得到軟骨表層力學(xué)性能，因此對(duì)軟骨內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能且有效保持軟骨在體力學(xué)性能的保水的實(shí)驗(yàn)臺(tái)及方法研究具有很高的實(shí)用價(jià)值。
[0003]現(xiàn)有納米壓痕關(guān)節(jié)軟骨試樣臺(tái)只能進(jìn)行軟骨表面力學(xué)性能測(cè)試，無(wú)法得到軟骨內(nèi)部微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。鑲嵌法測(cè)試軟骨的力學(xué)性能會(huì)對(duì)軟骨表面脫水，使得測(cè)量得到的軟骨力學(xué)性能偏大，造成誤差。不用鑲嵌法對(duì)軟骨進(jìn)行研磨、拋光會(huì)使得邊緣產(chǎn)生倒角，被處理表面會(huì)變成向上凸起拋面，無(wú)法進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)。以往保濕測(cè)試法均采用粘接或壓緊的方法將軟骨固定在試樣臺(tái)上，這種方法雖消除了鑲嵌法對(duì)軟骨表面的脫水影響，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)際固定效果很差，無(wú)法對(duì)軟骨表面進(jìn)行處理。為克服以上問(wèn)題，本發(fā)明提出一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該發(fā)明可以有效地對(duì)軟骨表面進(jìn)行精磨、拋光處理并對(duì)軟骨下骨進(jìn)行鑲嵌，有效地顯示軟骨微結(jié)構(gòu)的同時(shí)保證整個(gè)被測(cè)試樣在表面處理及測(cè)試過(guò)程中無(wú)任何微小的擾動(dòng)，并不受鑲嵌產(chǎn)生的脫水影響，從而通過(guò)納米壓痕實(shí)驗(yàn)得到關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)在體的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該試樣臺(tái)由臺(tái)體、容置槽、套管、關(guān)節(jié)軟骨和樹(shù)脂組成。本發(fā)明的關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)可以解決軟骨試樣表面處理困難及鑲嵌法對(duì)軟骨表面脫水問(wèn)題，使得整個(gè)被測(cè)試樣在表面處理及測(cè)試過(guò)程中無(wú)任何微小擾動(dòng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該試樣臺(tái)的臺(tái)體上部設(shè)有容置槽，容置槽形狀為圓形且位于所述臺(tái)體中央位置；臺(tái)體外部與套管相連；套管與臺(tái)體共有螺紋且套管螺紋圈數(shù)少于臺(tái)體；容置槽內(nèi)容置有半杯樹(shù)脂；軟骨下骨鑲嵌樹(shù)脂內(nèi)，軟骨下骨上端的軟骨即關(guān)節(jié)上部高于容置槽上邊緣。
[0006]操作步驟如下:首先保證套管高度低于臺(tái)體，將攪拌均勻的樹(shù)脂倒入容置槽中，將軟骨下骨部分插入樹(shù)脂中，提動(dòng)關(guān)節(jié)上韌帶使得關(guān)節(jié)上部高于容置槽上邊緣0.5-1毫米，待樹(shù)脂冷凝后，將試樣臺(tái)倒扣于砂紙上進(jìn)行研磨，待高于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的軟骨被磨到同試樣臺(tái)上邊緣相同高度時(shí)，開(kāi)始拋光；拋光完成后，旋動(dòng)套管使套管高度高于臺(tái)體，將臺(tái)體裝在納米壓痕儀的卡臺(tái)上，定位被測(cè)位置，設(shè)置壓痕點(diǎn)；壓痕點(diǎn)設(shè)置完成后，加入保濕用溶液，溶液高度高于被測(cè)軟骨便可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
[0007]與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法相比較，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0008]1、本發(fā)明采用研磨、拋光的方法對(duì)軟骨表面進(jìn)行了處理，可以有效地顯示軟骨表面的微結(jié)構(gòu)。
[0009]2、臺(tái)體上邊緣可以有效地保證軟骨在磨拋過(guò)程中為ー個(gè)平面不會(huì)產(chǎn)生倒角，應(yīng)用軟骨下端骨鑲嵌的方法使得軟骨本身不被鑲嵌脫水，也使得磨拋過(guò)程及測(cè)試過(guò)程中試樣不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的軟骨力學(xué)性能更加可靠。
[0010]3、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有納米壓痕儀基本全部依賴(lài)進(jìn)ロ，其保水組件價(jià)格昂貴，本發(fā)明降低了實(shí)驗(yàn)成本且可信度高于壓痕儀上的配置組件。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2為關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。
[0013]圖3為關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。
[0014]圖中:1、臺(tái)體2、容置槽3、套管4、關(guān)節(jié)軟骨5、樹(shù)脂。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及利用該試樣臺(tái)進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)方法。
[0016]如圖1所示為關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)結(jié)構(gòu)圖，關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)包括臺(tái)體1、容置槽2、套管3、關(guān)節(jié)軟骨4和樹(shù)脂臺(tái)體5 ;臺(tái)體I上部設(shè)有容置槽2，容置槽2形狀為圓形且位于臺(tái)體I中間；臺(tái)體I外部與套管3相連，套管3與臺(tái)體I共有螺紋，套管3的螺紋圈數(shù)少于臺(tái)體I ;實(shí)驗(yàn)方法具體步驟為首先保證套管3高度低于臺(tái)體1，將攪拌均勻的樹(shù)脂倒入容置槽2中，將關(guān)節(jié)軟骨4下骨部分插入樹(shù)脂5中，提動(dòng)關(guān)節(jié)上韌帶使得關(guān)節(jié)上部高于容置槽2上邊緣，待樹(shù)脂5冷凝后，將試樣臺(tái)倒扣于砂紙上進(jìn)行研磨，待高于試樣臺(tái)的軟骨被磨到同試樣臺(tái)上邊緣相同高度時(shí)，開(kāi)始拋光；拋光完成后旋動(dòng)套管3，使套管3的高度高于臺(tái)體1，將臺(tái)體I裝在納米壓痕儀卡臺(tái)上，定位被測(cè)位置并設(shè)置壓痕點(diǎn)；壓痕點(diǎn)設(shè)置完成后，沖入保濕用溶液，溶液高度高于被測(cè)軟骨便可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
[0017]實(shí)施例一
[0018]如圖2所示為關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，應(yīng)用關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)檢測(cè)兔關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。將兔股骨包括關(guān)節(jié)軟骨截取共2厘米高一段，雙酚A與環(huán)氧氯丙烷體積比1:1混合，攪拌均勻后倒入容置槽中，將關(guān)節(jié)軟骨下骨插入樹(shù)脂，用鑷子夾住關(guān)節(jié)軟骨上韌帶，調(diào)整關(guān)節(jié)軟骨高度，使其高出I毫米。保持十分鐘后待樹(shù)脂固化，將臺(tái)體倒扣4000目砂紙上，精磨2分鐘，轉(zhuǎn)6000目砂紙拋光2分鐘；旋轉(zhuǎn)套管使套管高于臺(tái)體上邊緣2毫米；將被測(cè)試樣臺(tái)安裝入納米壓痕儀的卡臺(tái)上，選擇靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試相關(guān)方法定位被測(cè)點(diǎn)，最大加載カ為0.05毫牛，測(cè)得載荷-壓入深度曲線(xiàn)圖?？梢钥吹?，當(dāng)最大加載カ相同時(shí)，軟骨深層的壓入深度大于軟骨表層壓入深度大于軟骨鈣化層附近點(diǎn)的壓入深度。實(shí)施例ニ[0019]如圖3所示為關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，應(yīng)用納米壓痕法檢測(cè)兔關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，將兔股骨包括關(guān)節(jié)軟骨截取共2厘米高一段，雙酚A同環(huán)氧氯丙烷體積比1:1混合，攪拌均勻后倒入容置槽中，將關(guān)節(jié)軟骨下骨插入樹(shù)脂，用鑷子夾住關(guān)節(jié)軟骨上韌帶，調(diào)整關(guān)節(jié)軟骨高度，高出I毫米；保持十分鐘后，待樹(shù)脂固化將臺(tái)體倒扣4000目砂紙上精磨2分鐘，轉(zhuǎn)6000目砂紙拋光2分鐘；旋轉(zhuǎn)套管，使套管高于臺(tái)體上邊緣2毫米；將被測(cè)試樣臺(tái)安裝入納米壓痕儀的卡臺(tái)上，選擇動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試相關(guān)方法，定位被測(cè)點(diǎn)，最大加載頻率為50赫茲，測(cè)量20個(gè)點(diǎn)得到平均儲(chǔ)存模量-頻率曲線(xiàn)圖?？梢钥闯觯谙嗤虞d頻率下得到的平均儲(chǔ)存模量，軟骨鈣化層附近點(diǎn)大于軟骨表層大于軟骨深層的數(shù)值。
【權(quán)利要求】
1.一種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)包括臺(tái)體(I)、容置槽(2)、套管(3)、關(guān)節(jié)軟骨(4)和樹(shù)脂臺(tái)體(5);臺(tái)體(I)上部設(shè)有容置槽(2)，容置槽(2)形狀為圓形且位于臺(tái)體(I)中間；臺(tái)體(1)外部與套管(3)相連，套管(3)與臺(tái)體(I)共有螺紋，套管(3)的螺紋圈數(shù)少于臺(tái)體(I);實(shí)驗(yàn)方法具體步驟為首先保證套管(3)高度低于臺(tái)體(1)，將攪拌均勻的樹(shù)脂倒入容置槽(2)中，將關(guān)節(jié)軟骨(4)下骨部分插入樹(shù)脂(5)中，提動(dòng)關(guān)節(jié)上韌帶使得關(guān)節(jié)上部高于容置槽(2)上邊緣，待樹(shù)脂(5)冷凝后，將試樣臺(tái)倒扣于砂紙上進(jìn)行研磨，待高于試樣臺(tái)的軟骨被磨到同試樣臺(tái)上邊緣相同高度時(shí)開(kāi)始拋光；拋光完成后旋動(dòng)套管(3)，使套管(3)的高度高于臺(tái)體(1)，將臺(tái)體(I)裝在納米壓痕儀的卡臺(tái)上，定位被測(cè)位置并設(shè)置壓痕點(diǎn)；壓痕點(diǎn)設(shè)置完成后，加入保濕用溶液，溶液高度高于被測(cè)軟骨便可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，其技術(shù)特征在干:被測(cè)試樣臺(tái)安裝入納米壓痕儀的卡臺(tái)上，選擇靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試相關(guān)方法，定位被測(cè)點(diǎn)，設(shè)定最大加載カ后，測(cè)得載荷-壓入深度曲線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種關(guān)節(jié)軟骨微結(jié)構(gòu)納米壓痕鑲嵌保水試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，其技術(shù)特征在干:將被測(cè)試樣臺(tái)安裝入納米壓痕儀的卡臺(tái)上，選擇動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試相關(guān)方法，定位被測(cè)點(diǎn)，設(shè)定最大加載平率，得到儲(chǔ)存模量-頻率曲線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK103575591SQ201310477058
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】楊慶生, 劉志遠(yuǎn), 李熙, 楊忠軍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)