著者は、カスタムパーツの設計および製造における支援のために彼らの継続的な財政支援のためのバイオメット3iの、特にランディ·グッドマンに感謝したいと思います。スペンサーベルはカナダ国立科学と工学研究評議会（NSERC）が提供する、産業大学院奨学金の受取人である。また、原稿の準備中に、彼の非常に貴重なフィードバックのためにドクタージョンBrunskiに感謝したいと思います。

1。インプラント設計、製造、および表面処理<ol><li>純チタン（CPTI）から、（長さ×幅×高さ寸法が4ミリメートル×2.5ミリメートル×1.3ミリメートル）の長方形のインプラントを製造しています。手術部位とその後の機械的試験（ 図1）内で早期にインプラントの安定性を促進するために、インプラントの長軸（直径= 0.7ミリメートル）まで一元的に穴を開けます。 </li><li>インプラントの上面及び下面を治療する。 <ol><li>二つの異なるサーフェスを作成するには、microtopographically複雑な表面を作成するために、標準的なグリットブラスト（GB）処理を使用しています。さらに、リン酸カルシウム（CaPの）を重ね合わせることによりインプラントの半分を変更することnanotopographically複雑な表面を作成するためにナノ粒子。 </li></ol></li></ol>注：種々の化学的または機械的処理は、所望の表面トポグラフィおよび/または化学的性質を作成するために適用することができ、これらは、実験クエスティの性質に依存するであろう対処する上で。複雑な微地形を作成するために - サブトラクティブ法 - 本明細書で提供される例では、市販の純チタン（CPTI）インプラントの一つのグループは、グリットブラスト（GB）に供した。インプラントの半分を、さらなる超課さナノトポグラフィ（GB-DCD）を作成するために、リン酸カルシウム（CaPの）ナノクリスタルの付加により修飾した。 注意：変更されたナノ表面と比べて、グリットブラストミクロ面を表示すると、万倍の倍率で、表面特性に明らかな違いはありません。 10万倍の倍率で見た場合しかし、違いは（ 図2）非常に明白になる。これは、以前にこのような表面変化は骨伝導14に重大な効果を有することが示されている。 2。動物モデルおよび外科的手技<ol><li>このモデルのために、若い雄Wistarラット（体重200〜250g）を使用します。すべての手順は、ローカルの動物管理COMによって承認されなければならないmittees。動物に水やラット飼料への無料アクセスを許可します。 注意：ラットの他の菌株を用いることもできるがWistarラットは、原因ラットのこの株での経験には、この手順のために選択した。食物および水へのアクセスは、アドレス指定されている実験的な質問の性質に応じて、変更することができる。 </li> <li>ノーズコーンを介して投与吸入麻酔を使用した落ち着いたラット：誘導のための1のLO 2 /分で4％イソフルラン、メンテナンスのために1リットルの亜酸化窒素と0.6 LO 2 /分で2％のイソフルラン。手順を続行する前に、効果的な鎮静を確保するために、標準的なつま先のピンチテストを実施しています。 </li><li>鎮痛前と手術後0.01〜0.05 mg / kgのブプレノルフィンを皮下注射によって投与する。 </li><li>部分的ランダム化によってインプラントを割り当てて、ラットの大腿骨の遠位骨幹端で左右対称に配置します。これは、異なる表面トポグラフィの選択と異なるインプラント、1それぞれ比較することができますD、対側大腿骨に、統計分析を最適化します。 </li><li> 10パーセントベタジン各後肢の前外側面を削ると、洗浄することにより、動物を準備します。低体温症を防ぐために、麻酔したラットの下に温水循環パッドを配置。 </li><li> ＃15外科用メスを使用して、筋肉を露出させ、太ももの外側面に沿って皮膚を通って切開する。最小侵襲的な方法で、筋肉の体を偏向する鈍的切開を使用して遠位大腿骨を公開します。 </li><li>完全に穿孔するための皮質骨を露出させるために、骨膜のエレベータを使用して、大腿骨の上を覆う骨膜の薄い層を削り取る。ケアは鈍的切開し、骨膜を除去する際に膝関節の成長板や関節軟骨を損傷しないよう注意する必要があります。 </li><li>一度に洗浄、検査、遠位大腿骨（ 図3A）の前面を露出させ、横方向に大腿骨を回転させます。 </li><li>手術部位を準備するために、ドリル両方の皮質を通して骨の中盤バイコーティカル長方形のスロット。組織の過熱を防ぐため、生理食塩水灌漑は、手術助手による掘削を通じて維持されなければならない。 3段階に分けて掘削を実施。 <ol><li>まず、離れて大腿骨の中央線に沿って2穴2.5ミリメートルを作成するには、歯科用ハンドピースに装着1.3ミリメートル歯科用バーを使用して、解剖によって公開された前部皮質、ドリルスルーします。 </li><li>次に、バイコーティカル並列穴で、その結果、反対側の皮質を介してこれらの穴を拡張するために第二のドリルビット（ツイスト1.3ミリメートル歯科用バー）を使用します。 </li><li>最後に、インプラント（ 図3B）は、Webサイトを構成する、近位-遠位方向に第三のカスタムサイド切削バリを使用して穴に参加します。 </li></ol></li><li>取り付けられた針を使用して骨欠損を通して生分解性縫合糸を通過させ、外側の大腿骨皮質を中心に戻ります。 </li><li>ワット、縫合糸の自由端の上にインプラントをねじ込み、欠陥にそれを導くここでは、圧入する必要があります。このように、インプラントの長軸は、大腿骨（ 図3C）の長軸に対して垂直に配向されるべきである。 </li><li>術後の回復や治癒の初期段階でインプラントの安定性を提供するために、大腿骨の外側面の周りに縫合糸を結ぶ。筋肉組織を閉じるために、残りの縫合糸を使用し、外科用ステープル（9ミリメートルの創傷クリップ）を使用して皮膚組織をreoppose。 </li><li>感染の兆候が手術部位を点検し、損傷した歩行能力のために毎日動物を監視します。完全に歩行を回復しない動物、あるいは分析から、犠牲にして大腿骨骨折を持っているものを除外します。 </li></ol> 3。サンプル収穫<ol><li> CO 2の暴露後に頸椎脱臼により術後9日目に動物を生け贄に捧げる。 </li><li>犠牲時には、大腿骨と軟部組織のクリーンを切り離す。組織hを維持するために15％スクロース緩衝液中で直ちに保存する機械的試験（ 図4A）に備えてydration。 注：試験片は、施設間の輸送中に組織水和を維持するために、スクロース緩衝液に格納される。標本は、機械的試験のための準備中に、溶液中に約2〜3時間を過ごすことになります。 </li> <li>機械的試験のための試験片を準備するために、高速なシステムに接続された円筒状のダイヤモンドバリを使用して、インプラントの幅に骨をトリミング。最終的な試験片は、インプラント（ 図4B）の各面に付着した骨の2アーチで構成されています。準備や輸送中に脱落のアーチのために、0 Nの機械的試験値を割り当てる 注：損傷またはインタフェースをプレストレスを避けるために、試験片をトリミングするときにそれは非常に穏やかで正確であることが重要である。骨の修復カルスは、インプラントの長軸を中心に、さらには縦の穴に成長することができます。このような過剰な骨はTRIで削除する必要がありますそれは機械的試験の結果を歪曲することができますように、長方形のインプラントの正確な寸法に標本をmming。 </li></ol> 4。機械的検査カスタム離脱モールドは、各試験片を機械的試験用のサンプルを調製する反復可能かつ正確な方法を作成し、ポットに設計されました。直接インプラント表面に垂直な力を加えることを可能にする、ポッティングプロセスの間に試料を中心と完全に水平を保持しながら設計は、一貫性の検査ゾーンのインプラント周囲の骨の、0.5mmの領域の単離を可能にする。完全な設計図と最終のコンポーネントについては、図6は図5を参照してください。 注：すべての行動は30mm /分のクロスヘッド速度で動作して、機械試験装置を用いて試験する。試験後の残存骨の定性的評価のために、解剖顕微鏡を使用することができる。 <ol><li>ポッティング検体および機械的試験の<ol><li>ショ糖緩衝液から標本を取り出して、乾いたブロット。 </li><li>カスタムモールドの位置標本。水平に、金型の壁の穴を通って、インプラントの中央にある穴からピンをスライドさせます。インプラント（ 図7）を安定させるために、金型の後側に安定化プレートを置きます。 </li><li>流動性の歯科用複合金型のベースを入力し、高強度の硬化光を用いて60秒間硬化する。 注：生成されたそのような熱は、組織特性に影響を与えることができるように、発熱反応で設定されていない複合材料を選択することが重要である。 </li><li>硬化後、金型を開き、硬化試料ブロックを削除します。識別のために横方向のアーチに油性マジックで細い黒線を描画します。 </li><li>バイスでの試験片のプレハブレプリカを修正し、機械的な試験装置のベースにユニットを中央に。 </li><li>逆に試料を固定し、インプラントの穴（ 図8）を介してナイロンラインを渡します。移動クロスヘッドの中央に緩い端を取り付けます。一貫性を保つため、常に最初の側面にラベルを付けてテストします。内側アーチ同じ処理を繰り返します。 </li></ol></li></ol>

<ol>
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Biomech. 9 (12), 313-319 (1979).</li><li>Nakamura, T., Yamamuro, T., Higashi, S., Kokubo, T., Itoo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+glass-ceramic+for+bone+replacement:+evaluation+of+its+bonding+to+bone+tissue.">A new glass-ceramic for bone replacement: evaluation of its bonding to bone tissue.</a> J. Biomed. Mater. Res. 19 (6), 685-698 (1985).</li><li>Hench, L. L., Splinter, R. J., Allen, W. C., Greenlee, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bonding+mechanisms+at+the+interface+of+ceramic+prosthetic+materials.">Bonding mechanisms at the interface of ceramic prosthetic materials.</a> J. Biomed. Mater. Res. Symp. 1, 117-141 (1972).</li><li>Edwards, J. T., Brunski, J. B., Higuchi, H. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cement+lines+of+secondary+osteons+in+human+bone+are+not+mineral+deficient:+new+data+in+a+historical+perspective.">Cement lines of secondary osteons in human bone are not mineral deficient: new data in a historical perspective.</a> Anat Rec. 286, 781-803 (2005).</li><li>McKee, M. D., Nanci, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteopontin+and+the+bone+remodelling+sequence:+colloidal-gold+immunocytochemistry+of+an+interfacial+extracellular+matrix+protein.">Osteopontin and the bone remodelling sequence: colloidal-gold immunocytochemistry of an interfacial extracellular matrix protein.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 760, 177-189 (1995).</li><li>Davies, J. E., Hosseini, M. M., Davies, J. 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Royal Soc. 7 (42), 81-90 (2010).</li><li>Wong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surface+topography+on+the+osseointegration+of+implant+materials+in+trabecular+bone.">Effect of surface topography on the osseointegration of implant materials in trabecular bone.</a> J. Biomed. Mater. Res. 29 (12), 1567-1575 (1995).</li><li>Gotfredsen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anchorage+of+titanium+implants+with+different+surface+characteristics:+an+experimental+study+in+rabbits.">Anchorage of titanium implants with different surface characteristics: an experimental study in rabbits.</a> Clin. Implant Dent. Relat. Res. 2 (3), 120-128 (2000).</li><li>Lekholm, U., Zarb, G. A., Albrektsson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Patient selection and preparation. In: Tissue integrated prostheses. , 199-209 (1985).</li></ol>

著者らは、バイオメット3iの（パームビーチガーデンズ、フロリダ州、米国）からの資金や材料のサポートを受けた。バイオメット3iは、この原稿の執筆や記載された実験の設計にどの部分がなかった。

とに破砕帯を制限する、それが正確な垂直のために、または並列、印加破壊力の軸と試験サンプルの位置合わせができるのでここで提示機械的試験モデルは、候補インプラント表面への骨の固定を評価するための改良された方法を提供するインプラント表面の半分ミリメートル以内。モデルは、簡単に化学的、または機械的に、修飾された表面の任意の範囲の有効性を比較した研究に組み込?...

骨内インプラント表面への骨の固定を評価することは、多くの機械的な試験方法1,2に記載されているために、かなりの注目を集め、であった。すべてのそのような方法を採用している骨/インプラントモデルを破壊する力を加え、広くせん断にグループ化することができ、一般的に押し出しとして提示またはプルアウトモデル3,4、トルク3,5を逆にし、引張タイプ6、 7。 （脆いガラスおよびセラミック9,10の場合）骨8またはインプラント材が破断されるか、そのような試験および、足場のいくつかのフォームが発生したと仮定すると、骨/インプラントインタフェースのままである（少なくとも部分的に）完全な一般的。このような実験の結果は、モデルの破壊（又は破壊）を引き起こすのに必要な力が骨/インプラント·インターフェース11,12を分離するのに必要な力であるだけでなく、作成した破断面の複雑な表面積ができることをことをするだけでなく意味に難治性であること正確な測定。彼らは骨に固定されるように、異なる表面デザインのインプラントの能力の比較ゲージを提供するので、それにもかかわらず、このようなテストは、臨床的に関連することができます。小柱または皮質骨のモデルを回復、および異なる機械的であるが、それはまた、研究者は、層状または網状骨のいずれかを呈する異なる動物種を使用するための実験モデル間の比較が困難に満ちているが、そのような比較は、実験モデル内でのみ有効であることに留意すべきであるテストのジオメトリと条件。 骨/インプラント界面の引張強度の測定値を導き出すための努力において、多くの研究者らは、引張強度が単位面積当たりの力として測定されるので、「引張強さ」値を導出するために、インプラントの公称表面積を使用している。これは、骨/インプラント界面が破壊試験の多くは無傷のままで使用することが、明らかに、上述したように、所与の近似値であるED。しかしロナルドら 13により説明したように、インプラント、特に地形的に複雑な表面の表面積を測定することに加えて、測定技術の分解能によって制限され、Brunski ら 2で概説されたときに、インプラントの公称表面積より高い表面積を有するインプラント表面は、骨/インプラント接触のより大きな領域を提供し、したがって、モデルを破砕するのに大きな力を必要とすることを示唆し、別のインプラント表面の設計に関連する「引張強度」における明らかな差異がネゲートされて、考慮される。意味するところは、それゆえ、より局所解剖学的に複雑な面が大きい骨インプラント接触（BIC）、その結果、接触骨形成を増加させ、機械的試験でより高い破壊値はその結果としてのことができるということです。骨伝導と骨形成：接触骨形成は、2つの別個の現象の産物である。確かに、我々はトポグラフに骨伝導して増加することが示されているICALLY複雑な表面が得られたBIC 14を測定することによって定量し、そのような表面はまた、より高い機械的破壊12値をもたらすこともできる。 しかし、インプラント周囲の骨が2のメカニズムによって形成することができることに注意することは有益である。間葉由来の接触骨形成細胞におけるインプラント表面（骨伝導）に移行し、骨細胞に分化し、インプラント表面（骨形成）にデノボ骨基質手の込んだ。最初の骨のマトリックスは、精緻15を改造正常な骨に見られるように、石灰化したセメントラインである（時々 1非石灰化したと考えられているか、骨16内のすべてのインターフェイスでsyncretizedこの鉱物化生物学的構造に関する文献に多くの混乱があります-このトピックの完全な議論のために）デイヴィスとホセイニ17を参照してください。接触骨形成、骨の現象の必須の前提条件である結合が、骨の内部成長18のための非必須である。骨の石灰化したセメントラインは骨19の鉱物化コラーゲンコンパートメントよりも機械的に弱い。インプラントナノ特徴を有するセメント線マトリックスの相互嵌合マクロインプラントの機能への成長における骨組織と比較された場合にこのように、直感的に、前者を破壊するために必要な機械的力は、合理的に、我々は後者よりも少ないことが予想され、あろう最近、実験的に12本を実証した。 インプラント周囲の骨も、距離骨形成によって形成することができる。この場合には、古い骨が骨表面上に堆積され、アモルファスマトリックスおよび骨形成細胞20の残りを含む界面を生じるインプラント表面に徐々に近づく。一般に、距離骨形成は、滑らかな、または機械加工された、骨内インプラントの表面に関連しており、多くの場合、皮質骨の治癒に見られ、一方microtopographicaLLY複雑な表面は、海綿骨の治癒のより典型的なもので、接触骨形成と関連している。スムーズなインプラント表面および皮質骨の治癒を使用して引張試験モデルは、地形的に複雑なサーフェスに関連付けられたコンタクト骨形成のこの無定形生物学的マトリックスの不在の接着特性を試験することができましたし、発生したいわゆる「生化学」の結合が提供することが示されている地形的に複雑な表面21で報告された「引張強さ」の値の微量成分。逆に、骨梁の治癒モデルを使用して、Wong ら 22は、インプラント表面粗さと押し出し破壊荷重の間の「優れた相関」を示し、化学結合が実際にインプラントに骨のアンカレッジのごくわずかな役割を果たしたことが示された表面。それは接触と距離骨形成の両方が、すべての骨内ペリimplaで、異なる程度に、起こる可能性が高いですが、区画を治癒、microtopographically複雑な表面自体は、小柱骨治癒に特に有利で ​​あることが示されたヌクレオチドは、23区画 。後者は、歯科文献24にクラスIIIまたはクラスIVの骨に分類される。 我々の目的は、接触骨形成のメカニズムや骨梁癒しの環境で結果として起きることができ、得られた骨/インプラントアンカレッジに集中することとなっている。インプラント表面の地形に依存している。このカレッジは、（上記参照）、様々なスケールの範囲で発生することがあります。そのような表面を有する骨セメント線マトリックスの相互嵌合によって記載されるように、および生体活性ガラス、セラミック、網状の金属酸化物で見 - 一方では、唯一のサブミクロン特徴は、インプラントの骨結合に関与している。他に、（血液、血管系と、時々 、完全な）骨組織は、マルチミクロンに成長することも、マクロスケール、インプラント表面18の特徴。両方の場合の解像度インプラント表面に骨の足場の形でULT、メカニズムは明らかに異なっているが。しかしながら、上記で参照機械的試験法の大部分の一般的な失敗は、（引張りまたは剪断モードが用いられるかに応じて）インプラント表面のそれに正確に垂直又は平行な面内で破壊力を整列することである。私たちはここに、この制限を克服する方法を報告する。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >Dulbecco&#8217;s Phosphate Buffer solution (DPBS)</td>
			<td >Gibco Life Technologies, Burlington, ON, Canada</td>
			<td >14190-250</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >10% neutral buffered formalin solution</td>
			<td >Sigma-Aldrich Co. LLC., Canada</td>
			<td >HT501128-4L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Custom-designed rectangular implants (commercially pure titanium; dimensions: 4mm x 2.5mm x 1.3mm with a 0.7mm hole drilled centrally down the long axis)</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Custom-designed breakaway mould</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Isoflurane</td>
			<td >Baxter Internationl Inc.</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Buprenorphine</td>
			<td >Bedford Laboratories</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >10% betadine</td>
			<td >Bruce Medical, MA, US</td>
			<td >FR-2200-90</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >2586-M36-0100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel blade #15 (sterile)</td>
			<td >Magna, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >2586</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Periosteal elevator #24G</td>
			<td >Spectrum Surgical, OH, USA</td>
			<td >EX7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Forceps</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >7747-A10-108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tissue forceps</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >7722-A10-308</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scissors</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto</td>
			<td >7603-A8-240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Absorbant Fabric General Purpose Drape (sterile)</td>
			<td >Vitality Medical</td>
			<td >1089</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Gauze (non-sterile)</td>
			<td >VWR</td>
			<td >89133-260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Needles 25G X 5/8&#34; (disposable)</td>
			<td >BD, Canada</td>
			<td >305122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Syringes (sterile)</td>
			<td >VWR, Canada</td>
			<td >CABD309653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Needle Driver</td>
			<td >Almedic, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >A17-132</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Dynarex Surgical gloves (sterile)</td>
			<td >Amazon.com</td>
			<td >2475</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Surgical masks</td>
			<td >Fisherbrand, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >296360759</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >0.9% sterile saline</td>
			<td >House brand, Medstore, University of Toronto, Canada</td>
			<td >1011-L8001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hair clippers</td>
			<td >Remington, US</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >4-0 Polysorb</td>
			<td >Syneture</td>
			<td >SL5627G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >9mm Wound Clips</td>
			<td >Becton Dickinson, MD, USA</td>
			<td >427631</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >ImplantMED DU 900 and WS-75 dental hand piece&#160;</td>
			<td >W&#38;H Dentalwerk, Austria</td>
			<td >DU1000US</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1.3 mm twist drill</td>
			<td >Brasseler, GA, USA</td>
			<td >203.21.013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1.3 mm dental burr&#160;</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1.2 mm cylindrical side-cutting burr</td>
			<td >Biomet 3i, FL, USA</td>
			<td >custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Cylindrical diamond burr</td>
			<td >Brasseler, GA, USA</td>
			<td >H1.21.014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td rowspan="2" >High speed dental drilling system</td>
			<td >Handpiece: KaVo Dental Corporation, IL, USA</td>
			<td rowspan="2" >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Handpiece Control: DCI International, OR, USA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >99.5% Ultra Pure sucrose</td>
			<td >BioShop Canada Inc., Burlington, ON, Canada</td>
			<td >57-50-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Flowable dental composite</td>
			<td >Filtek Supreme Ultra Flowable Restorative, 3M ESPE, St Paul, Minnesota, USA</td>
			<td >6033XW</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sapphire Plasma Arc high intensity curing light</td>
			<td >Den-Mat Holdings, Santa Maria, CA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Instron 4301 with 1000 N load cell</td>
			<td >Instron, Norwood, MA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td rowspan="2" >Red Wolf 10lb nylon &#64257;shing line</td>
			<td rowspan="2" >Canadian Tire, Canada</td>
			<td rowspan="2" >78-3610-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Leica Wild M3Z Stereozoom dissecting microscope</td>
			<td >Leica, Heerbrugg, Switzerland</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >QImaging Micropublisher 5.0 RTV digital camera coupled with QCapture 2.90.1 acquisition software</td>
			<td >QImaging, Surrey, BC, Canada</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Electronic digital caliper&#160;</td>
			<td >Fred V. Fowler Company, Inc., Newton, MA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Mechanical testing instrument</td>
			<td >Instron, Norwood, MA, USA</td>
			<td >N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an improved mechanical testing method to assess bone-implant anchorage

材料科学における最近の進歩は、両方のマイクロおよびナノスケールで、インプラント表面のトポグラフィー複雑性の大幅な増加につながっている。このように、インプラント表面記述する伝統的な方法-表面粗さ、すなわち数値決定は、 - インビボ性能を予測するには不十分である。生体力学的試験は、生体材料表面の性能を分析するため、正確な比較のプラットフォームを提供します。候補インプラント表面への骨の足場を試験するための改良された機械的試験方法が提示される。この方法は、治癒の初期および後期段階の両方に適用可能であり、化学的または機械的に修飾された表面の任意の範囲のために使用され得る - しかし、表面を滑らかにしない。カスタム長方形のインプラントは、Wistar系雄性ラットの遠位大腿骨に左右対称に配置され、周囲の骨を収集している。試験片を調製し、新たな離脱カビや混乱を使用して鉢植えしている試験は、機械的試験機を用いて行われる。この方法は、正確に垂直又は平行、インプラント表面の平面に対して破壊力の整列を可能にし、試験のために正確なインプラント周囲領域を単離するための正確で再現性のある手段を提供する。

すべての動物は、手術からの回復後、時間との歩行活動を増加させた。我々は最近12を報告しているように、負荷は、異なるスケール範囲のトポグラフィの差動効果を有するので、これは重要である。機械的試験以下の試験片についての代表的な力/変位曲線を、 図9（A）に提示され、各インプラント表面のための平均化されたデータは、 図9Bに示されている?...

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An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

候補インプラント表面への試験、骨固定を機械的にするための改良された方法が提示される。この方法は、正確に垂直又は平行、インプラント表面の平面に対して破壊力の整列を可能にし、正確なインプラント周囲の領域に破壊力を向けるための正確な手段を提供する。

骨 - インプラントアンカレッジ評価するために改良された機械的試験方法

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

15.4K ビュー.  University of Toronto. 候補インプラント表面への試験、骨固定を機械的にするための改良された方法が提示される。この方法は、正確に垂直又は平行、インプラント表面の平面に対して破壊力の整列を可能にし、正確なインプラント周囲の領域に破壊力を向けるための正確な手段を提供する。 

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Mechanical Testing of Mouse Carotid Arteries: from Newborn to Adult

The large conducting arteries in vertebrates are composed of a specialized extracellular matrix designed to provide pulse dampening and reduce the work performed by the heart. The mix of matrix proteins determines the passive mechanical properties of the arterial wall1. When the matrix proteins are altered in development, aging, disease or injury, the arterial wall remodels, changing the mechanical properties and leading to subsequent cardiac adaptation2. In normal development, the remodeling leads to a functional cardiac and cardiovascular system optimized for the needs of the adult organism. In disease, the remodeling often leads to a negative feedback cycle that can cause cardiac failure and death. By quantifying passive arterial mechanical properties in development and disease, we can begin to understand the normal remodeling process to recreate it in tissue engineering and the pathological remodeling process to test disease treatments.
	Mice are useful models for studying passive arterial mechanics in development and disease. They have a relatively short lifespan (mature adults by 3 months and aged adults by 2 years), so developmental3 and aging studies4 can be carried out over a limited time course. The advances in mouse genetics provide numerous genotypes and phenotypes to study changes in arterial mechanics with disease progression5 and disease treatment6. Mice can also be manipulated experimentally to study the effects of changes in hemodynamic parameters on the arterial remodeling process7. One drawback of the mouse model, especially for examining young ages, is the size of the arteries. 
	We describe a method for passive mechanical testing of carotid arteries from mice aged 3 days to adult (approximately 90 days). We adapt a commercial myograph system to mount the arteries and perform multiple pressure or axial stretch protocols on each specimen. We discuss suitable protocols for each age, the necessary measurements and provide example data. We also include data analysis strategies for rigorous mechanical characterization of the arteries.

Passive mechanical testing of mouse carotid arteries is described, with special consideration for adapting to different specimen ages. The procedures include determining the in vivo length of the artery, mounting it in a pressure myograph, recording data, measuring the unloaded dimensions and analyzing the resulting data.

マウスの頸動脈の動脈の機械的試験：新生児から成人まで

The large conducting arteries in vertebrates are composed of a specialized extracellular matrix designed to provide pulse dampening and reduce the work ...

生物工学

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Fast and effective diagnostics play an important role in controlling infectious disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we present an integrated microfluidic thermoplastic chip with the ability to amplify influenza A virus in patient nasopharyngeal (NP) swabs and aspirates. Upon loading the patient sample, the microfluidic device sequentially carries out on-chip cell lysis, RNA purification and concentration steps within the solid phase extraction (SPE), reverse transcription (RT) and polymerase chain reaction (PCR) in RT-PCR chambers, respectively. End-point detection is performed using an off-chip Bioanalyzer (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). For peripherals, we used a single syringe pump to drive reagent and samples, while two thin film heaters were used as the heat sources for the RT and PCR chambers. The chip is designed to be single layer and suitable for high throughput manufacturing to reduce the fabrication time and cost. The microfluidic chip provides a platform to analyze a wide variety of virus and bacteria, limited only by changes in reagent design needed to detect new pathogens of interest.

An integrated microfluidic thermoplastic chip has been developed for use as a molecular diagnostic. The chip performs nucleic acid extraction, reverse transcriptase, and PCR. Methods for fabricating and running the chip are described.

マイクロ流体チップの作製とインフルエンザを検出する方法

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

Stress-induced Antibiotic Susceptibility Testing on a Chip

We have developed a rapid microfluidic method for antibiotic susceptibility testing in a stress-based environment. Fluid is passed at high speeds over bacteria immobilized on the bottom of a microfluidic channel. In the presence of stress and antibiotic, susceptible strains of bacteria die rapidly. However, resistant bacteria survive these stressful conditions. The hypothesis behind this method is new: stress activation of biochemical pathways, which are targets of antibiotics, can accelerate antibiotic susceptibility testing. As compared to standard antibiotic susceptibility testing methods, the rate-limiting step -&#160;bacterial growth -&#160;is omitted during antibiotic application. The technical implementation of the method is in a combination of standard techniques and innovative approaches. The standard parts of the method include bacterial culture protocols, defining microfluidic channels in polydimethylsiloxane&#160;(PDMS), cell viability monitoring with fluorescence, and batch image processing for bacteria counting. Innovative parts of the method are in the use of culture media flow for mechanical stress application, use of enzymes to damage but not kill the bacteria, and use of microarray substrates for bacterial attachment. The developed platform can be used in antibiotic and nonantibiotic related drug development and testing. As compared to the standard bacterial suspension experiments, the effect of the drug can be turned on and off repeatedly over controlled time periods. Repetitive observation of the same bacterial population is possible over the course of the same experiment.

We have developed a microfluidic platform for rapid antibiotic susceptibility testing. Fluid is passed at high speeds over bacteria immobilized on the bottom of a microfluidic channel. In the presence of stress and antibiotic, susceptible strains of bacteria die rapidly. However, resistant bacteria can survive these stressful conditions.

チップ上でのストレス誘発抗生物質感受性試験

We have developed a rapid microfluidic method for antibiotic susceptibility testing in a stress-based environment. Fluid is passed at high speeds over ...

An Improved Method for the Preparation of Type I Collagen From Skin

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. Clinically, this protein is widely used for cosmetic surgery, dermal injections, bone grafting, and reconstructive surgery. The sources of COL1 for these procedures are commonly nonhuman, which increases the potential for inflammation and rejection as well as xenobiotic disease transmission. In view of this, a method to efficiently and quickly purify COL1 from limited quantities of autologously-derived tissues would circumvent many of these issues; however, standard isolation protocols are lengthy and often require large quantities of collagenous tissues. Here, we demonstrate an efficient COL1 extraction method that reduces the time needed to isolate and purify this protein from about 10 days to less than 3 hr. We chose the dermis as our tissue source because of its availability during many surgical procedures. This method uses traditional extraction buffers combined with forceful agitation and centrifugal filtration to obtain highly-pure, soluble COL1 from small amounts of corium. Briefly, dermal biopsies are washed thoroughly in ice-cold dH2O after removing fat, connective tissue, and hair. The skin samples are stripped of noncollagenous proteins and polysaccharides using 0.5 M sodium acetate and a high speed bench-top homogenizer. Collagen from residual solids is subsequently extracted with a 0.075 M sodium citrate buffer using the homogenizer. These extracts are purified using 100,000 MW cut-off centrifugal filters that yield COL1 preparations of comparable or superior quality to commercial products or those obtained using traditional procedures. We anticipate this method will facilitate the utilization of autologously-derived COL1 for a multitude of research and clinical applications.

Traditional procedures for the isolation of soluble type 1 collagen (COL1) require about 10 days from start to finish because of lengthy buffer incubations and laborious resuspensions of fibrils. Here, we describe a means to purify COL1 from small dermal biopsies in less than 3 hr.

皮膚からのI型コラーゲンの調製のための改良された方法

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. ...

Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density distribution and geometry on the femoral mechanical properties. Currently, there is no standard protocol for mechanical testing of such geometrically complex bones to measure strength, and stiffness. To address this gap we have developed a protocol to test cadaveric femora to fracture and to measure their biomechanical parameters. This protocol describes a set of adaptable fixtures to accommodate the various load magnitudes and directions accounting for possible bone orientations in a fall on the hip configuration, test speed, bone size, and left leg-right leg variations. The femora were prepared for testing by cleaning, cutting, scanning, and potting the distal end and greater trochanter contact surfaces in poly(methyl methacrylate) (PMMA) as presented in a different protocol. The prepared specimens were placed in the testing fixture in a position mimicking a sideways fall on the hip and loaded to fracture. During testing, two load cells measured vertical forces applied to the femoral head and greater trochanter, a six-axis load cell measured forces and moments at the distal femoral shaft, and a displacement sensor measured differential displacement between the femoral head and trochanter contact supports. High speed video cameras were used to synchronously record the sequence of fracture events during testing. The reduction of this data allowed us to characterize the strength, stiffness, and fracture energy for nearly 200 osteoporotic, osteopenic, and normal cadaveric femora for further development of engineering-based diagnostic tools for osteoporosis research.

In this manuscript, we present a protocol to fracture test cadaveric proximal femora in a sideways fall on the hip configuration using instrumented fixtures mounted on a standard servo hydraulic frame. Nine digitized signals comprising forces, moments, and displacement along with two high speed video streams are acquired during testing.

メソッドと大腿骨骨折は横秋のヒップ位置にテストのインストルメント化された器具

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density ...

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

破壊を使用してデジタル画像相関法を試験中に死体大腿骨皮質系統を推定する方法

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is fabricated. It is used to investigate the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump and to determine the reliability of the conduction pump when acetone is used as the working fluid. A testing platform is set up to evaluate conduction micropump performance under different conditions. When the chamber height is 0.2 mm, the pump pressure reaches its peak value.

This paper presents a protocol for the fabrication of a conduction micropump using symmetric planar electrodes on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) to test the influence of chamber dimensions on the performance of a conduction micropump.

パフォーマンス テスト用 FR 4 銅クラッド電極に伝導マイクロ ポンプ

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the flexural behavior of these LBBSs is important for understanding the origins of their remarkable mechanical functions.
We describe a protocol for performing three-point bending tests using a custom-built mechanical testing device that can measure forces ranging from 10-5 to 101 N and displacements ranging from 10-7 to 10-2 m. The primary advantage of this mechanical testing device is that the force and displacement capacities can be easily adjusted for different LBBSs. The device&#39;s operating principle is similar to that of an atomic force microscope. Namely, force is applied to the LBBS by a load point that is attached to the end of a cantilever. The load point displacement is measured by a fiber optic displacement sensor and converted into a force using the measured cantilever stiffness. The device&#39;s force range can be adjusted by using cantilevers of different stiffnesses.
The device&#39;s capabilities are demonstrated by performing three-point bending tests on the skeletal elements of the marine sponge Euplectella aspergillum. The skeletal elements&#8212;known as spicules&#8212;are silica fibers that are approximately 50 &#181;m in diameter. We describe the procedures for calibrating the mechanical testing device, mounting the spicules on a three-point bending fixture with a &#8776;1.3 mm span, and performing a bending test. The force applied to the spicule and its deflection at the location of the applied force are measured.

We present a protocol for performing three-point bending tests on sub-millimeter scale fibers using a custom-built mechanical testing device. The device can measure forces ranging from 20 &#181;N up to 10 N and can therefore accommodate a variety of fiber sizes.

海綿骨の機械的性質を測定するためミリ スケール曲げテスト システム

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...

Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes demonstrate the ability to record action potentials from individual or small groups of neurons. Such recorded signals have successfully been used to allow patients to interface with or control&#160;computers, robotic limbs, and their own limbs. However, previous animal studies have shown that a microelectrode implantation in the brain not only damages the surrounding tissue but can also result in functional deficits. Here, we discuss a series of behavioral tests to quantify potential motor impairments following the implantation of intracortical microelectrodes into the motor cortex of a rat. The methods for open field grid, ladder crossing, and grip strength testing provide valuable information regarding the potential complications resulting from a microelectrode implantation. The results of the behavioral testing are correlated with endpoint histology, providing additional information on the pathological outcomes and impacts of this procedure on the adjacent tissue.

We have shown that a microelectrode implantation in the motor cortex of rats causes immediate and lasting motor deficits. The methods proposed herein outline a microelectrode implantation surgery and three rodent behavioral tasks to elucidate potential changes in the fine or gross motor function due to implantation-caused damage to the motor cortex.

ラット皮質運動野の微小電極注入による機能的障害を評価するためにテスト行動の齧歯動物

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

Simultaneous Quantification of Selected Kynurenines Analyzed by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and cancer biology. An in vitro cell culture assay is often used to learn about the contribution of different tryptophan catabolites in a disease mechanism and for testing therapeutic strategies. Cell culture medium that is rich in secreted metabolites and signaling molecules reflects the status of tryptophan metabolism and other cellular events. New protocols for the reliable quantification of multiple kynurenines in the complex cell culture medium are desired to allow for a reliable and quick analysis of multiple samples. This can be accomplished with liquid chromatography coupled with mass spectrometry. This powerful technique is employed in many clinical and research laboratories for the quantification of metabolites and can be used for measuring kynurenines.
Presented here is the use of liquid chromatography coupled with single quadrupole mass spectrometry (LC-SQ) for the simultaneous determination of four kynurenines, i.e., kynurenine, 3-hydroxykynurenine, 3-hydroxyanthranilic, and xanthurenic acid in the medium collected from in vitro cultured cancer cells. SQ detector is simple to use and less expensive compared to other mass spectrometers. In the SQ-MS analysis, multiple ions from the sample are generated and separated according to their specific mass-to-charge ratio (m/z), followed by the detection using a Single Ion Monitoring (SIM) mode.
This paper draws the attention on the advantages of the reported method and indicates some weak points. It is focused on critical elements of LC-SQ analysis including sample preparation along with chromatography and mass spectrometry analysis. The quality control, method calibration conditions and matrix effect issues are also discussed. We described a simple application of 3-nitrotyrosine as one analog standard for all target analytes. As confirmed by experiments with human ovary and breast cancer cells, the proposed LC-SQ method&#160;generates reliable results and can be further applied to other in vitro cellular models.

Described here is a protocol for the determination of four different tryptophan metabolites generated in the kynurenine pathway (kynurenine, 3-hydroxykynurenine, xanthurenic acid, 3-hydroxyanthranilic acid) in the medium collected from cancer cell cultures analyzed by liquid chromatography coupled with a single quadrupole mass spectrometry.

癌細胞培養から採取した培地における液体クロマトグラフィー-質量分析法による選択キヌレニンの同時定量化

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and ...