ทำลายความลึกลับของสถาปัตยกรรมไมโครกระดูก

ทำลายความลึกลับของสถาปัตยกรรมไมโครกระดูก

การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่นำไปสู่ความก้าวหน้าในการศึกษาโรคกระดูกพรุนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปรับปรุงการออกแบบวัสดุน้ำหนักเบาพิเศษด้วย แพทย์มักใช้การถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์เพื่อตรวจสอบความหนาแน่นของกระดูกและค้นหาจุดอ่อนก่อนวินิจฉัยโรคกระดูกพรุน อย่างไรก็ตาม การถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถในการรับน้ำหนักเท่านั้น และไม่ได้ให้ข้อมูลใดๆ 

เกี่ยวกับอายุขัยของกระดูก ทีมวิจัยที่นำ

โดยผู้เขียนอาวุโสคริสโตเฟอร์ เฮอร์นันเดซมีความสนใจในความล้าของกระดูกและตรวจสอบว่ากระดูกเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไร เนื่องจากความเหนื่อยล้าซึ่งเป็นผลมาจากการรับน้ำหนักซ้ำๆ ถูกละเลยในการศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับโครงสร้างกระดูก

กระดูกมีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนซึ่งเกิดจากแผ่นแนวตั้งที่เชื่อมต่อถึงกันและเสาคล้ายแท่งแนวนอน เมื่อนักวิทยาศาสตร์พูดถึงความแข็งแรงของกระดูก พวกเขากำลังหมายถึงความแข็งแรงของแผ่นแนวตั้งที่ขนานกับทิศทางของแรง สิ่งเหล่านี้รับน้ำหนักได้มากที่สุด ในขณะที่แท่งแนวนอนเคยคิดว่าไม่สำคัญในการรับน้ำหนัก อย่างไรก็ตาม ในงานวิจัยชิ้นนี้ ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่า แท่งแนวนอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดอายุขัยของกระดูกและความสามารถในการต้านทานความล้า

งานกระดูกหักหลังจากทดสอบกระดูกจากผู้บริจาคภายใต้การรับน้ำหนักซ้ำ นักวิจัยพบว่าจำนวนความเสียหายที่เกิดกับกระดูกไม่ได้เชื่อมโยงกับความหนาแน่นของกระดูกหรือการวัดโครงสร้างจุลภาคอื่นๆ ในผลลัพธ์ที่คาดไม่ถึง พวกเขาพบว่าจริงๆ แล้วมันคือความหนาของแท่งแนวนอนในกระดูก ซึ่งก่อนหน้านี้คิดว่าไม่สำคัญต่อการแบกรับน้ำหนัก ซึ่งเชื่อมโยงกับปริมาณความเสียหายที่เกิดขึ้น

ถ้าคุณใส่กระดูกเพียงครั้งเดียว มันขึ้นอยู่กับความหนา

แน่นของมัน และความหนาแน่นส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยเสาที่เหมือนจาน” เฮอร์นันเดซอธิบาย “แต่ถ้าคุณคิดว่าจะมีโหลดที่มีขนาดต่ำได้กี่รอบ สตรัทแบบกิ่งข้างเล็ก ๆ เหล่านี้คือสิ่งสำคัญจริงๆ” นักวิจัยตั้งทฤษฎีว่าแท่งแนวนอนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบที่เสียสละของโครงสร้างกระดูก: ได้รับความเสียหายเพื่อปกป้องแท่งแนวตั้งที่รับน้ำหนัก เมื่ออายุมากขึ้น แท่งแนวนอนจะหายไป เพิ่มความน่าจะเป็นที่กระดูกจะหัก

นักวิจัยได้ออกแบบและผลิตโครงสร้างที่มีสถาปัตยกรรมขนาดเล็กที่คล้ายคลึงกับโครงสร้างกระดูกโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ด้วยความหนาของแท่งแนวนอนที่ต่างกัน ทำให้สามารถเพิ่มอายุการใช้งานของวัสดุได้ถึง 100 เท่า ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลกระทบไม่ได้เฉพาะเจาะจงกับกระดูกและสามารถนำไปใช้กับวัสดุอื่นๆ ได้

การปรับปรุงวัสดุการค้นพบนี้มีความสำคัญมากกว่าการศึกษาเกี่ยวกับโรคกระดูกพรุน วัสดุที่ทันสมัยจำนวนมากยังมีสถาปัตยกรรมขนาดเล็กที่ช่วยให้มีความแข็งแรงเป็นพิเศษและมีน้ำหนักเบา หากจะใช้วัสดุเหล่านี้ในอุปกรณ์ที่มีความทนทานมากขึ้น เช่น รถยนต์ ก็จะต้องสามารถทนต่อความล้าได้

กลยุทธ์ทั่วไปในการปรับปรุงประสิทธิภาพเมื่อออกแบบวัสดุที่มีสถาปัตยกรรมขนาดเล็กคือการถอดสตรัทบางส่วนในแนวตั้งฉากกับทิศทางการรับน้ำหนัก เนื่องจากวัสดุดังกล่าวไม่มีการรับน้ำหนักมาก อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ากลยุทธ์นี้ช่วยลดอายุการใช้งานของวัสดุ การค้นพบนี้อาจนำไปสู่วัสดุน้ำหนักเบาที่ทนทานมากขึ้นสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ถ้าคุณต้องการสร้างอุปกรณ์ที่ทนทาน

หรือยานพาหนะที่มีน้ำหนักเบาและใช้งานได้ยาวนาน สิ่งที่สำคัญจริงๆ ก็คือต้องโหลดชิ้นส่วนกี่รอบก่อนที่มันจะแตกหัก” Hernandez อธิบาย “ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่เราได้รับในการศึกษานี้ช่วยให้ผู้ที่ออกแบบโครงสร้างขัดแตะเหล่านี้สร้างสมดุลระหว่างความต้องการด้านความฝืดและความแข็งแรงภายใต้ภาระงานเดียว กับความต้องการในการทนต่อรอบการโหลดระดับล่างหลายๆ รอบ”

“ฉันเชื่อว่า RBE ทางคลินิกโดยพื้นฐานแล้วจะคงที่ภายใน CTV เนื่องจากมีรูปแบบ LET เพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่เกิดขึ้นที่นั่น ซึ่งมีความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติในระดับสูงในคลินิก และช่วยให้สามารถกำหนดขนาดยาได้อย่างสม่ำเสมอ” Lühr กล่าวกับPhysics World “นอก CTV อย่างไรก็ตาม การใช้ RBE ทางคลินิกแบบแปรผันสำหรับการวางแผนการรักษาด้วยโปรตอนอาจช่วยลดความเสี่ยงของความเป็นพิษได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีใกล้กับ CTV ที่ได้รับปริมาณสูง”

ทีมงานฮ่องกงยังได้กำหนดอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวด (T c ) ของตัวอย่างของพวกเขา ที่อุณหภูมิสูงกว่า T cสนามแม่เหล็กที่ศูนย์ NV รู้สึกจะเหมือนกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ อย่างไรก็ตาม เมื่อตัวอย่างของวัสดุตัวนำยิ่งยวดถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่า T cมันเริ่มที่จะขับไล่สนามแม่เหล็กที่ใช้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปรากฏการณ์ไมส์เนอร์ การขับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากตัวนำยิ่งยวดนี้ออกจากตัวอย่างจะเปลี่ยนโปรไฟล์สนามใกล้กับพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ที่ “สัมผัสได้” โดยศูนย์ NV บนพื้นผิวตัวอย่าง นักวิจัยได้รับ T cผ่านการวิเคราะห์การกระจายสนามอย่างระมัดระวัง โดยใช้ศูนย์ NV เพื่อตรวจจับทั้งขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กที่ความละเอียดเชิงพื้นที่สูง

ซึ่งวางตัวอย่างเหล็กและแกโดลิเนียมไว้ จากนั้นนักวิจัยได้ฉายแสงเลเซอร์สีเขียวบนจุดบกพร่อง โดยการวัดผลการเรืองแสง พวกเขาตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงแม่เหล็กในพื้นที่ที่อ่อนแอในตัวอย่างในลักษณะเดียวกับที่ทีมของ Yang และ Goh ทำ ถัดไป พวกเขาสร้างภาพการตอบสนองของ NV เพื่อสร้างแผนที่สนามแม่เหล็กที่เล็ดลอดออกมาจากตัวอย่าง พวกเขาใช้ข้อมูลนี้เพื่อกำหนดโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กของตัวอย่าง เมื่อพวกเขาทำการทดลองซ้ำที่ความดันและอุณหภูมิต่างกัน พวกเขาพบว่าโมเมนต์ไดโพลเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนเฟสแม่เหล็กในตัวอย่าง

โปรโตคอลการตรวจจับรูปแบบใหม่Satcher Hsieh หัวหน้าทีมวิจัยของกลุ่ม Berkeley กล่าวว่าเทคนิคของพวกเขาเป็นเทคนิคใหม่เพราะแทนที่จะใช้การวัดลายเซ็นแม่เหล็กแบบสถิต มันอาศัยการวัด “สัญญาณรบกวน” แม่เหล็กที่เล็ดลอดออกมาจากตัวอย่าง เสียงรบกวนดังกล่าวเกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนในโลหะมีอิสระที่จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ และการเคลื่อนที่ของพวกมันจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ผันผวนซึ่งเซ็นเซอร์สามารถระบุได้ อิเล็กตรอนอาจกระเจิงจากสปินด้วยแอมพลิจูดที่ต่างกัน ซึ่งจะเปลี่ยนแอมพลิจูดของสนามผันผวน “ในงานของเรา เราวัดการเปลี่ยนแปลงทางแม่เหล็กทั่วไป (พาราแมกเนติกเป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก) แต่ในระยะยาว เราหวังว่าจะใช้เทคนิคนี้ในการระบุเฟสแม่เหล็กที่แปลกใหม่มากขึ้น” Hsieh กล่าว

Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org