A Theoretical Study on the Mechanical Significance of Mineralized Collagen Fibril Orientation in Osteonal Lamellar Bone

Authors : Feride Şermin UTKU

Pages : 24-33

Doi:10.29130/dubited.761512

View : 18 | Download : 12

Publication Date : 2021-05-29

Article Type : Research Paper

Abstract :Bu çalışmada, dehidrasyon-rehidrasyon sonrasında lameler kemik örneklerinden elde edilen veriler kullanılarak, mineralize kolajen fibril yönlenmesinin kemiğin mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Dehidrasyon-rehidrasyon sonrasında kemiğin osteonal eksenine paralel olan ve dik kesen yönlerde deneysel olarak gelişen çekme kullanılarak, kemiğin anizotropik özellikleri hesaplanmıştır. Sublameller kemik modelinde mineralize kolajen fibrilleri katmanlar halinde ve 5 derecelik açılarla rotasyon yapacak şekilde modellenmiştir. Bu modele göre, mineralize kolajen tabakaları, transformasyon matrisi kullanılarak ortogonal eksenlere 5° açı yapacak şekilde dönüştürülmüştür. Dehidrasyon sonucunda fibril çapı mineral doğrultusunda daralmış, çekmeye bağlı bir deplasman vektörü oluşturmuştur. Vektörlerin x, y ve z eksenlerindeki izdüşümleri, u, v ve w deplasmanları hesaplanarak, 0,15266-6,55054 aralığında anizotropi oranları bulunmuştur. Literatürdeki deneysel nanoindentasyon verileriyle kıyaslandığında, sonuçlar, sublamellerin yaklaşık 20 derecelik açılarla düzenlenmiş olabileceğini göstermiştir. Anizotropi deneylerinin bir unsuru olan lateral indentasyon farklı oranlarda u ve v deplasmanları içerebileceğinden, lateral indentasyon açısı modelin yapısal özellikleri bağlamında değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmenin sonucunda, v deplasmanının lateral çekmeye u deplasmanından daha fazla katkıda bulunduğu görülmektedir. Bulgular, mineralize kolajen fibrillerinin sublamellar düzenlenmesinin kemiğin anizotropisine olan önemli katksını göstermektedir.
Keywords : anizotropi oranları, transformasyon matrisi, büzülme vektörü, mineralize kolajen fibrili yönlenmesi