增龄过程中骨的多层级结构及多尺度力学行为

目的骨的组成成分及多层级结构赋予其优异的力学性能。增龄改变骨的力学响应,以及骨的生理和病理进程。团队系列研究的目的是理解不同龄骨材料/多层级结构/多尺度力学的异同,揭示骨断裂力学行为的差异,以及去负荷制动对不同龄骨折愈合新骨形成的影响规律。方法(1)制备幼龄、成年和老龄小鼠皮质骨微柱试样,压缩测试结合透射电镜研究其微观力学性能、断裂模式及增韧机制。(2)构建幼龄和老龄鼠骨折愈合模型,分别正常负重和去负荷制动愈合,研究骨痂组织的多尺度力学性能,分析其组成成分及多层级结构。结果(1)幼龄和成年骨断裂时主要为剪切破坏,而老龄骨为劈裂破坏,断裂模式的差异与骨矿化胶原纤维排布密切相关。幼龄骨在剪切破坏时表现出高韧性,得益于纤维桥接,而老龄骨在劈裂破坏时表现出高韧性,得益于纤维屈曲和裂纹偏转。(2)增龄致老龄骨折愈合延迟,而制动促进了老龄骨折愈合,老龄骨痂胶原纤维排布有序,矿化骨痂晶体长度增加48%。相反,制动致幼龄骨折愈合组织胶原纤维排布紊乱,矿物颗粒晶体长度和矿物基质比减少。结论增龄影响骨的微观结构,调节骨的增韧机制。骨折愈合进程中,老龄鼠比幼龄鼠更依赖制动带来的稳定力学环境。

增龄对皮质骨微观尺度断裂增韧机制的影响研究

目的骨的多层级结构赋予其优异的抗断裂强度和韧性。然而,增龄过程中骨层级结构的变化对其微观尺度性能的影响规律仍不清楚。本研究旨在理解年龄的增加改变骨微观结构和断裂力学性能的规律和机制。方法本研究取幼龄、成年和老龄小鼠股骨皮质骨制备直径5μm的微柱样品,并进行压缩测试;利用扫描电镜、透射电镜等分析骨样品微观结构及压缩破坏机制。结果透射电镜结果显示,微柱内存在有序的胶原纤维排列区(即有序区)和紊乱纤维排布区(即无序区)。不同的纤维排布模式对应不同的破坏模式,主要包括剪切破坏和劈裂破坏。剪切破坏时,幼龄组无序区占比较大,剪切面直接穿过无序区;成年组无序区与有序区具有相间排布规律,裂纹集中在有序/无序区交界处。劈裂破坏时,幼龄组有序区呈现一定程度松散,常表现为多点劈裂失效;成年和老龄组有序区则呈现紧凑连续的纤维结构,裂纹沿纤维面扩展。无论剪切破坏还是劈裂破坏,成年骨微柱屈服后行为均表现出较大应变硬化。结论增龄通过改变骨微观结构特征影响骨的破坏模式及增韧机制;成年组在微观尺度始终表现出优异的压缩性能和增韧过程。

骨多尺度断裂增韧机制的增龄性变化研究

目的骨黏合线、骨单元、间质骨组成的“砖泥结构”,在抑制骨折裂纹扩展过程中发挥重要的力学功能。增龄会导致骨黏合线、骨单元、间质骨的组分、结构和力学行为改变,进而影响骨吸收能量、抵抗断裂的能力。老龄骨通常会表现出宏观脆性,骨折风险增加。然而,骨微观尺度结构/力学性能的增龄性变化与宏观骨折断裂的关系尚不明确。方法本研究取12月龄(幼龄)、30月龄(成年)绵羊股骨中段制样,利用电子探针、拉曼光谱、micro-CT、连续成像、纳米压痕等分析骨黏合线、骨单元和间质骨的组分、结构和力学行为,及其随年龄的变化规律;制备8 mm×1 mm×1.5 mm单边缺口三点弯试样测试Ⅰ型断裂韧性,研究骨特征结构的增龄性变化影响骨微观断裂行为的机理,量化骨宏、微观断裂行为的相关性。结果初步研究表明,幼龄、成年、老龄微观尺度增韧机制不同,与骨微观结构的增龄性变化密切相关;老龄骨压缩强度及模量较成年减小,但仍具有良好的塑性。结论骨微观结构的增龄性变化赋予骨不同尺度下各异的增韧机制,维持不同年龄段骨较好的韧性。下一步研究拟结合骨多尺度力学异质性,探讨骨宏、微观断裂行为之间的联系,揭示老龄骨折风险增加现象的机制。

基于射频技术的室内空气质量监测系统设计

室内环境是人们生活、工作的主要场所,室内空气质量监测越来越受到人们的重视。设计了一种具有监测和超限报警功能的室内空气质量监测系统,采用主从式处理器设计,由传感器采集室内空气质量数据,利用Wi-Fi模块和RF模块实现主机与智能终端设备,主机与从机之间的无线信息交换,实现室内空气质量实时监测,并通过多种方式实现对继电器的控制,确保系统的安全性与可实用性。

主体教育的哲学思考

我国语文教育经历过几次重大转变。古代语文教育基本上是文字型教育，直至20世纪初，出现了第一次重大转变，即从文字型教育转变为文字——语言型教育；而从20世纪八十年代开始，又出现了第二次重大转变，即从文字——语言型教育转变为语言——思维型教育。