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为探究下颌骨和上颌骨胶原原纤维力学特性，研究人员运用原子力显微镜（AFM）纳米压痕技术，测量弹性模量等。结果发现上颌骨胶原原纤维弹性模量更高，还计算出非局部参数等。该研究为颌骨相关研究提供了新依据。
在人体骨骼的微观世界里，颌骨（包括下颌骨和上颌骨）的力学性能一直是众多科研人员关注的焦点。颌骨在咀嚼、语言等日常活动中发挥着重要作用，其内部结构和力学特性直接影响着这些功能的正常实现。然而，目前对于颌骨内部胶原原纤维的力学特性，科学界了解得还不够深入。胶原原纤维作为骨骼的重要组成部分，对骨骼的强度和韧性起着关键作用。如果能精准掌握其力学性能，不仅有助于深入理解颌骨的生理功能，还能为口腔医学、颌面外科等相关领域的疾病治疗和手术方案设计提供有力支持。比如在种植牙手术中，了解颌骨胶原原纤维的力学特性，能更好地选择种植体的材料和形状，提高种植成功率；在颌骨骨折修复方面，也能为选择合适的固定材料和方式提供参考。但现有的研究在这方面存在诸多空白，不同部位颌骨的胶原原纤维力学特性差异如何？这些差异又受到哪些因素影响？正是基于这些问题，研究人员开展了此项研究。
研究人员来自未知机构，他们围绕下颌骨和上颌骨的胶原原纤维力学特性展开研究。通过一系列实验和理论分析，得出了一系列重要结论。在弹性模量方面，上颌骨皮质 - 小梁骨界面的胶原原纤维弹性模量最高（4.16±0.18MPa），而下颌骨皮质骨的最低（2.03±0.14MPa），总体上，上颌骨胶原原纤维的弹性模量高于下颌骨，且在上下颌骨中，皮质 - 小梁骨界面的胶原原纤维弹性模量均高于皮质骨。此外，还计算出了下颌骨和上颌骨胶原原纤维的非局部参数范围为（0.430±0.013 - 0.483±0.011nm），缩放参数e0范围为（0.269±0.006 - 0.302±0.006），且上颌骨皮质 - 小梁骨界面的这些参数值最高。同时发现，胶原原纤维的纳米级模量与大尺度下的弹性模量存在显著差异。这些结论为深入了解颌骨的微观力学特性提供了重要数据支持，有助于推动口腔医学、颌面外科等相关领域的发展，在临床应用和基础研究方面都具有重要意义。该研究成果发表在《Biophysical Reports》上。
研究人员开展研究主要用到的关键技术方法如下：运用原子力显微镜（AFM）纳米压痕技术，获取湿胶原原纤维的力 - 压痕曲线并测量弹性模量；将弹性介质受刚性圆锥变形的情况进行分析，以此确定应力和应变的分布；基于非局部弹性理论，结合压痕参数计算胶原原纤维在纳米尺度的非局部参数。
1. 测量弹性模量
研究人员使用原子力显微镜（AFM）纳米压痕技术对湿胶原原纤维进行测试，记录力 - 压痕曲线，从而测量出弹性模量。结果显示，上颌骨皮质 - 小梁骨界面的胶原原纤维弹性模量达到（4.16±0.18MPa），是所有测量部位中最高的；下颌骨皮质骨的弹性模量为（2.03±0.14MPa），是最低的。由此可知，上颌骨胶原原纤维的弹性模量整体高于下颌骨，并且在上下颌骨中，皮质 - 小梁骨界面的胶原原纤维弹性模量都高于皮质骨。
2. 计算非局部参数
通过将弹性介质受刚性圆锥变形的情况进行理论分析，确定应力和应变的分布。在此基础上，运用非局部弹性理论以及压痕参数，计算出胶原原纤维在纳米尺度的非局部参数。结果得到下颌骨和上颌骨胶原原纤维的非局部参数范围为（0.430±0.013 - 0.483±0.011nm），缩放参数e0范围为（0.269±0.006 - 0.302±0.006），其中上颌骨皮质 - 小梁骨界面的这些参数值最高。
3. 对比纳米级模量与大尺度弹性模量
研究发现，胶原原纤维的纳米级模量与大尺度下的弹性模量存在显著差异，这表明在不同尺度下，胶原原纤维的力学性能表现不同，为进一步研究其力学特性提供了新的视角。
研究结论表明，下颌骨和上颌骨的胶原原纤维在弹性模量和非局部参数等方面存在明显差异，这些差异与颌骨的不同部位有关。并且纳米级模量和大尺度弹性模量的显著差异也提示，在研究颌骨力学特性时，尺度因素不容忽视。在讨论部分，研究人员指出这些结果有助于更深入地理解颌骨的微观力学机制，为后续研究颌骨的生理功能、疾病发生机制以及相关治疗手段的开发提供了重要的理论基础。同时，该研究也为其他类似的生物材料力学特性研究提供了参考方法和思路，在生命科学和健康医学领域具有重要的意义，有望推动相关领域的进一步发展。
