骨裂紋尖端壓電性研究.pdf

1、骨具有力電性質，即骨內應力產生電位的現(xiàn)象-SGPs(stress-generatedpotentials)。SGP產生于兩種機理-壓電效應和動電現(xiàn)象，其中干骨具有明顯的壓電效應，而對于濕骨和活體骨動電效應起主導作用。SGP不同于體內生物電(心電、腦電和肌電等)，它和體內新陳代謝無關，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只和骨的化學成分、物理結構和幾何結構有關。目前認為，應力促進骨重建的原因是應力在骨內產生電位

2、，正是這種電位引起細胞反應導致骨生成，進而認為既然應力產生的電位促進骨重建，那么不加應力而是外加電信號也將引起細胞反應達到促進骨重建的目的。這在臨床醫(yī)療方面尤其是對骨折、骨缺損的預防和治療方面具有重要意義。對于骨力電性質研究的目的也擴展到骨移植領域。所以有必要對骨的力電性質進行研究。本文通過實驗對骨壓電性質進行了初步性探索。 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確、同步地輸入計

3、算機進行數(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)進行采集。實驗對5件不同的牛骨試樣進行了測試，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生的電壓信號不同。對測試數(shù)據(jù)進行分析總結，從實驗中證實了骨材料具有壓電性質。 載荷波形的加載段對應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，觀察產生的壓電電壓信號也是對稱的或者反對稱的。電極周圍應力除切應力外，其余應力大小相等，方向相同。而切應力的大小相同，方向卻相反，壓電信號呈現(xiàn)出與切應力相對應的規(guī)律。從未開槽口到開槽口，再到疲勞裂紋，導電膠周圍切應力變化很大，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，并且基本與切應力成正比關系。對應出現(xiàn)裂紋的情況，試件可能產生了塑性變形或裂紋與電極不對稱，彈性計算的結果與實驗得到的數(shù)據(jù)不是很吻合，靠