Collaborative Research: Aging and Disease Effects on Viscous Energy Dissipation of Bone as Characterized by Nanoindentation
合作研究:以纳米压痕为特征的衰老和疾病对骨粘性能量耗散的影响
基本信息
- 批准号:1069165
- 负责人:
- 金额:$ 22.61万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-07-01 至 2015-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The research objective of this award is to apply an emerging dynamic nanoindentation method to bone so that age- and disease-related changes in the viscoelastic behavior of the tissue can be quantified at the micron length scale for correlation with its fracture behavior. The organization of the primary constituents of bone is inherently hierarchical, and as such, each level contributes to the ability of bone to resist fracture. Dynamic nanoindentation and R-curve testing will be conducted at the level of the lamellae and at the level of the osteonal structure using cortical bone from young and old human donors, rodent models of disease, and bone whose properties have been altered ex vivo. In addition, the compositional characteristics of the bone will be measured to assess their relative contribution to the viscoelastic properties and fracture toughness.This work has the potential to demonstrate that aging and certain diseases such as diabetes cause bone to dissipate less energy by suppression of viscous mechanisms at the tissue-level, thereby contributing to an overall reduction in the fracture resistance of bone. Moreover, the research will introduce a new set of tools for investigating the small-scale deformation behavior of biological tissues. The scientific knowledge generated from this program will enhance efforts in the field to develop hierarchical models of bone quality and to identify new therapeutic targets for fracture prevention. The project brings together an engineering and medical school multidisciplinary team, providing the opportunity for cross-fertilization of expertise from researchers in materials science and biomedical engineering. The educational plan focuses on opening pathways for engineers to make an impact on medical research and biomedical researchers to benefit from experimental approaches developed in the physical sciences.
该奖项的研究目标是将一种新兴的动态纳米压痕方法应用于骨骼,以便可以在微米长度尺度上量化组织粘弹性行为中与年龄和疾病相关的变化,以与其断裂行为相关。 骨骼主要成分的组织本质上是分层的,因此,每个层级都有助于骨骼抵抗骨折的能力。 动态纳米压痕和 R 曲线测试将在薄片水平和骨结构水平上进行,使用来自年轻和老年人类捐赠者的皮质骨、啮齿动物疾病模型以及性质已在体外发生改变的骨骼。 此外,还将测量骨骼的成分特征,以评估它们对粘弹性和断裂韧性的相对贡献。这项工作有可能证明衰老和某些疾病(例如糖尿病)会通过抑制粘性而导致骨骼耗散较少的能量。组织水平的机制,从而有助于整体降低骨的抗骨折能力。 此外,该研究还将引入一套新的工具来研究生物组织的小规模变形行为。 该计划产生的科学知识将加强该领域的努力,开发骨质量的分层模型并确定预防骨折的新治疗目标。 该项目汇集了工程学院和医学院的多学科团队,为材料科学和生物医学工程研究人员的专业知识交叉提供了机会。 该教育计划的重点是为工程师开辟道路,以对医学研究和生物医学研究人员产生影响,使他们从物理科学开发的实验方法中受益。
项目成果
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