髋关节软骨高、低负重区微纳结构的力学性质对比
郭江博1
梁婷1
车艳军1
侯俊俊2
杨惠林1
罗宗平1
1.苏州大学附属第一医院骨科,骨科研究所,江苏省苏州市2150062.苏州工业园区星湖医院老年科,江苏省苏州市215000
摘要：背景:髋关节软骨具有高、低负重区域,既往研究表明2个区域的宏观弹性模量是不同的.然而在微米和纳米水平上的弹性模量尚不清楚,这些信息对于进一步理解软骨微米和纳米力学性质至关重要.此外,影响软骨2个区域机械性能的微纳结构至今仍有待阐明.目的:探究微纳层面髋关节软骨高、低负重区力学性质与结构.方法:取新鲜正常猪股骨头软骨,使用原子力显微镜直径为5 μm的球形尖端测量不同负重区微米级压缩弹性模量,使用曲率半径为5 nm的ScanAsyst-Air探针测量其纳米级压缩弹性模量、纳米结构和胶原纤维直径.扫描电子显微镜用于识别软骨不同负重区微米结构.结果 与结论:①股骨头软骨高负重区微米级弹性模量为(433.05±146.52) kPa,低负重区微米级弹性模量为(331.19±84.88) kPa,高负重区域在微米水平上的压缩弹性模量显著高于低负重区域(P=0.029 8);②股骨头软骨高负重区纳米级弹性模量为(1.24±0.42) GPa,低负重区纳米级弹性模量为(1.28±0.41) GPa,在纳米水平上2个区域的胶原纤维的压缩弹性模量差异无显著性意义(P=0.846 2);③在微米水平上,股骨头软骨高负重区域的胶原纤维排列更规则;在纳米水平上,2个负重区域的胶原纤维直径差异无显著性意义(P=0.926 4);④以上结果表明,股骨头软骨高负重区胶原纤维较低负重区交联更规则,使软骨高负重区微米级压缩弹性模量高于低负重区,与宏观上压缩弹性模量趋势一致,但高负重并没有影响到纳米层面单个胶原纤维.
关键词：髋关节软骨微纳结构弹性模量原子力显微镜扫描电子显微镜
分类号：R459.9(治疗学)R318.01(医用一般科学)R681(骨科学（运动系疾病、矫形外科学）)
资助基金：江苏省基础研究计划青年基金(BK20180196)国家自然科学基金(31570943)江苏省双创团队项目(2015)国家自然科学基金(18KJB180024)
论文发表日期：2020-07-11
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：5( 3157-3161 )
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