Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những hiểu biết về chức năng toàn bộ của xương và răng bằng cách sử dụng đo lường quang học
Tóm tắt
Hiểu biết về mối quan hệ giữa phản ứng cơ học của các thực thể toàn bộ, các tính chất vật liệu của chúng và cấu trúc của chúng là một thách thức. Thách thức này càng trở nên lớn hơn khi vật liệu tự thân phức tạp và khi thực thể mà nó tạo thành có hình dạng phức tạp. Chính vì lý do này mà việc dự đoán và hiểu rõ các chức năng cơ học của các thực thể sinh học toàn bộ như xương và răng vẫn nằm ngoài công nghệ hiện tại. Các tiến bộ gần đây trong đo lường quang học mở ra những cơ hội mới vì chúng cho phép lập bản đồ chính xác và cụ thể về cách mà toàn bộ bề mặt của một mô khoáng hóa cứng biến dạng. Hơn nữa, các dữ liệu này có thể thu được không phá hủy và không tiếp xúc với mẫu. Dữ liệu loại này tạo ra khả năng thú vị trong việc liên kết phân bố phức tạp của các tính chất cơ học của các vật liệu sinh học chịu tải như xương và răng và các vi cấu trúc của chúng với biến dạng và ứng suất. Các nghiên cứu như vậy có thể cải thiện hiểu biết của chúng ta về các quá trình sinh lý bình thường như lão hóa hệ xương, cũng như quá trình bệnh lý như loãng xương. Chúng cũng cung cấp cơ hội cho các kỹ sư thiết kế các vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học để nghiên cứu các nguyên tắc, ưu điểm và đặc điểm của hành vi của các vật liệu phân cấp và đa chức năng. Trong bài viết này, chúng tôi xem xét các phương pháp đo lường quang học, làm nổi bật các nghiên cứu về chức năng toàn bộ cơ thể cho xương và răng, và đặc biệt là những nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc vào mối quan hệ giữa cấu trúc và chức năng. Chúng tôi cũng phác thảo tiềm năng cho các nghiên cứu trong tương lai.
Từ khóa
#đo lường quang học #xương #răng #tính chất cơ học #mô khoáng hóa #ứng suất #vi cấu trúc #lão hóa hệ xương #loãng xương #vật liệu sinh họcTài liệu tham khảo
Thompson D (1942) On growth and form. Cambridge University Press, Cambridge
Mayer G (2005) Science 310:1144
Gao HJ (2006) Int J Frac 138:101
Weiner S, Wagner HD (1998) Ann Rev Mater Sci 28:271
Nanci A (2003) Ten Cate’s oral histology. Mosby, Inc., St Louis, Missouri, USA
Delmas PD, Tracy RP, Riggs BL, Mann KG (1984) Calcif Tissue Int 36:308
Wang HJ, Tannukit S, Zhu DH, Snead ML, Paine ML (2005) J Bone Miner Res 20:1032
Suresh S (2001) Science 292:2447
Hodge AJ, Petruska JA (1963) In: Ramachandran GN (ed) Aspects of protein structure. Academic Press, New York, p 289
Fratzl P, Schreiber S, Boyde A (1996) Calcif Tissue Int 58:341
Weiner S, Traub W, Wagner HD (1999) J Struct Biol 126:241
Currey J (2002) Bones. Princeton University Press, Princeton
Daculsi G, Menanteau J, Kerebel LM, Mitre D (1984) Calcif Tissue Int 36:550
Houlle P, Voegel JC, Schultz P, Steuer P, Cuisinier FJG (1997) J Dent Res 76:895
Weiner S, Veis A, Beniash E, Arad T, Dillon JW, Sabsay B, Siddiqui F (1999) J Struct Biol 126:27
Scott DB, Simmelin JW, Nygaard V (1974) J Dent Res 53:165
Zaslansky P, Friesem AA, Weiner S (2006) J Struct Biol 153:188
Wang R, Weiner S (1998) J Biomech 31:135
Zaslansky P, Shahar R, Friesem AA, weiner S (2006) Adv Funct Mater 16:1925
Tesch W, Eidelman N, Roschger P, Goldenberg F, Klaushofer K, Fratzl P (2001) Calc Tissue Int 69:147
Wang RZ, Weiner S (1998) Connect Tissue Res 39:269
Cuy JL, Mann AB, Livi KJ, Teaford MF, Weihs TP (2002) Arch Oral Biol 47:281
Rho JY, Pharr GM (1997) Biomaterials 18:1325
Gasvik KJ (2002) Optical metrology. John Wiley & Sons, LTD, West Sussex, England
Murphy LA, Prendergast PJ (2005) J Biomech 38:1702
Johnson EW, Castaldi CR, Gau DJ, Wysocki GP (1968) J Dent Res 47:548
Asundi A, Kishen A (2000) Proc Inst Mech Eng [H] 214:659
Asundi A, Kishen A (2000) Arch Oral Biol 45:543
Asundi A, Kishen A (2001) J Biomed Opt 6:224
Asundi A, Kishen A (1999) Endod Dent Traumatol 15:83
Kishen A, Asundi A (2005) J Biomed Opt 10:034010
Kishen A, Ramamurty U, Asundi A (2000) J Biomed Mater Res 51:650
Kishen A, Asundi A (2002) J Biomed Opt 7:262
Peindl RD, Harrow ME, Connor PM, Banks DM, D’alessandro DF (2004) Exp Mech 44:228
Meyer C, Kahn JL, Boutemi P, Wilk A (2002) J Craniomaxillofac Surg 30:160
Huo B (2005) J Biomech 38:587
Wood JD, Wang RZ, Weiner S, Pashley DH (2003) Dent Mater 19:159
Kishen A, Asundi A (2005) J Biomed Mater Res A 73:192
Kishen A, Tan KB, Asundi A (2006) J Dent 34:12
Pedrini G, Osten W, Gusev ME (2006) Appl Opt 45:3456
Katz DM, Blatcher S, Shelton JC (1998) Med Eng Phys 20:114
Kozuchi J, Taniguchi M, Chubachi N, Takagi T (2002) Application of holographic interferometry measuring techniques to deformation measurement of bone due to thermal stress. IEEE instrumentation and measurement technology conference, Anchorage, AK, USA
Alexeenko W, Pedrini G, Zaslansky P, Kuzmina E, Osten W, Weiner S (2004) Digital holographic interferometry for the investigation of the elastic properties of bone. 12th international conference on experimental mechanics, Bari, Italy
Pedrini G, Alexeenko IV, Zaslansky P, Tiziani HJ, Osten W (2005) Proc SPIE—The Int Soc Opt Eng 5776:325
Jones R, Wykes C (1989) Holographic and speckle interferometry. Cambridge University Press, Cambridge
Vest CM (1979) Holographic interferometry. Wiley, New York
Schmidt T, Tyson J, Galanulis K (2003) Exp Tech 27:47
Zaslansky P, Currey JD, Friesem AA, Weiner S (2005) J Biomed Opt 10:024020
Shahar R, Zaslansky P, Barak M, Friesem AA, Currey JD, Weiner S (2006) J Biomech 40:252
Kirkpatrick SJ, Brooks BW (1998) J Biomed Mater Res 39:373
Rodriguez D, Moreno V, Gallas M, Abeleira MT, Suarez D (2004) Med Eng Phys 26:371
Samala PR, Su M, Liu S, Jiang HH, Yokota H, Yang LX (2005) Strain measurement of a mouse bone by 3D-electronic speckle pattern interferometry (3d_ESPI). SPIE, Bellingham, WA
Su M, Samala PR, Jiang HH, Liu S, Yang L (2005) J Hologr Speckle 2:34
Mohr M, Simon U, Claes L, Nbottlang M (2006) Full-field strain acquisition on ovine fracture callus with electronic speckle pattern interferometry. 5th world congress of biomechanics, Munich, Germany
Schmidt T, Tyson J, Galanulis K (2003) Exp Tech 27:22
Zhang D, Arola DD (2004) J Biomed Opt 9:691
Nicolella DP, Nicholls AE, Lankford J, Davy DT (2001) J Biomech 34:135
Nicolella DP, Lankford J (2002) J Musculoskelet Neuronal Interact 2:261
Nicolella DP, Bonewald LF, Moravits DE, Lankford J (2005) Eur J Morphol 42:23
Nicolella DP, Moravits DE, Gale AM, Bonewald LF, Lankford J (2006) J Biomech 39:1735
Koca OL, Eskitascioglu G, Usumez A (2005) J Prosthet Dent 93:38
Kuijs RH, Fennis WMM, Kreulen CM, Barink M, Verdonschot N (2003) J Dent Res 82:967
Simon U, Augat P, Ignatius A, Claes L (2003) J Biomech 36:1079
Jaecques SVN, Van Oosterwyck H, Muraru L, Van Cleynenbreugel T, De Smet E, Wevers M, Naert I, Van der Sloten J (2004) Biomaterials 25:1683
Taylor WR, Roland E, Ploeg H, Hertig D, Klabunde R, Warner MD, Hobatho MC, Rakotomanana L, Clift SE (2002) J Biomech 35:767