骨裂紋尖端壓電性研究.pdf

1、骨具有力電性質(zhì)，即骨內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生電位的現(xiàn)象-SGPs(stress-generatedpotentials)。SGP產(chǎn)生于兩種機(jī)理-壓電效應(yīng)和動電現(xiàn)象，其中干骨具有明顯的壓電效應(yīng)，而對于濕骨和活體骨動電效應(yīng)起主導(dǎo)作用。SGP不同于體內(nèi)生物電(心電、腦電和肌電等)，它和體內(nèi)新陳代謝無關(guān)，不但存在于生命狀態(tài)的骨中也存在于非生命狀態(tài)的骨中。也就是說SGP只和骨的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。目前認(rèn)為，應(yīng)力促進(jìn)骨重建的原因是應(yīng)力在骨內(nèi)產(chǎn)生電位

2、，正是這種電位引起細(xì)胞反應(yīng)導(dǎo)致骨生成，進(jìn)而認(rèn)為既然應(yīng)力產(chǎn)生的電位促進(jìn)骨重建，那么不加應(yīng)力而是外加電信號也將引起細(xì)胞反應(yīng)達(dá)到促進(jìn)骨重建的目的。這在臨床醫(yī)療方面尤其是對骨折、骨缺損的預(yù)防和治療方面具有重要意義。對于骨力電性質(zhì)研究的目的也擴(kuò)展到骨移植領(lǐng)域。所以有必要對骨的力電性質(zhì)進(jìn)行研究。本文通過實驗對骨壓電性質(zhì)進(jìn)行了初步性探索。 骨的壓電信號是一種微弱電信號，多在-10mV～+10mV之間，為了將微電信號和載荷信號準(zhǔn)確、同步地輸入計

3、算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用為帶有前置放大器(SLIPER-Z)的高阻抗生物放大器BMA-931(輸入阻抗大于1015Ω)進(jìn)行采集。實驗對5件不同的牛骨試樣進(jìn)行了測試，5件試樣分別在開口前、開口后、疲勞出裂紋后測得壓電信號。在不同的加載條件下產(chǎn)生的電壓信號不同。對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，從實驗中證實了骨材料具有壓電性質(zhì)。 載荷波形的加載段對應(yīng)壓電電壓信號的尖峰，而卸載時則有一反向尖峰。電壓尖峰的上升時間(或下降時間)與加載(或卸載)段的

4、時間相同。因為兩對電極對稱，觀察產(chǎn)生的壓電電壓信號也是對稱的或者反對稱的。電極周圍應(yīng)力除切應(yīng)力外，其余應(yīng)力大小相等，方向相同。而切應(yīng)力的大小相同，方向卻相反，壓電信號呈現(xiàn)出與切應(yīng)力相對應(yīng)的規(guī)律。從未開槽口到開槽口，再到疲勞裂紋，導(dǎo)電膠周圍切應(yīng)力變化很大，且呈現(xiàn)減小趨勢，而壓電電壓信號的大小呈現(xiàn)相同的規(guī)律，并且基本與切應(yīng)力成正比關(guān)系。對應(yīng)出現(xiàn)裂紋的情況，試件可能產(chǎn)生了塑性變形或裂紋與電極不對稱，彈性計算的結(jié)果與實驗得到的數(shù)據(jù)不是很吻合，靠