小鼠腰椎椎体加载面嵌入式单轴压缩测试

我们的研究聚焦于小动物骨骼的机械强度测试。具体而言，我们旨在介绍一种用于腰椎压缩测试的包埋方法。该研究领域的应用包括更深入地理解衰老和饮食对椎体骨机械性能的影响。

由于椎骨本身尺寸较小，对其进行压缩测试存在固有挑战，但包埋方法提高了可操作性，因为主要制备步骤仅需去除椎体的主要突起，而保留其他结构完整。小鼠椎骨尺寸较小，使其在压缩测试前的制备过程具有挑战性。我们的方法为单轴压缩测试提供了更简便的加载面制备手段。

此外，我们展示了如何从三点弯曲试验机构建压缩试验机，以实现两种测试模式之间的便捷转换。本方法为研究人员提供了一种简便的手段，将三点弯曲试验与压缩试验相结合，从而可能有助于研究人员在啮齿类动物模型中更清晰地分辨药物治疗、饮食因素或其他干预措施对皮质骨桥与富含松质骨区域的不同影响。我们正在探索将压缩试验应用于其他类型的生物样本。

例如，我们正在开发将小鼠下颌骨检测与其他骨骼评估技术相结合的方法。这将有助于更全面地研究影响骨骼特性的因素，如衰老和饮食。首先，拧下三点弯曲试验机上连接至载荷传感器的横梁。

将自对准上压板拧到与横梁螺纹相同的载荷传感器上。启动机器并以恒定速度下降，开始压缩测试。使用六角螺纹螺钉将下压板固定到两个下部支撑件上，并拧紧螺钉直至牢固固定。

然后，为确定机器的位移，将上压板降至下压板上，直至两者轻微接触，中间不放置任何测试材料。使用数字数据采集软件在力学测试过程中收集载荷和位移测量值。以恒定速度继续降低上压板，直至施加的力超过所有骨样本所能承受的最大力。

绘制系统位移与施加载荷的关系数据图。对后续步骤中获取的小鼠椎骨样本的每个数据点记录的位移进行校正。首先，在小鼠尸体尾部基底附近的背侧中线处做一个小切口。

沿每侧后肢延伸切口，并轻轻牵拉，将皮毛从尾部基部向动物头部方向剥离。剪开腹壁肌肉组织，直至脊柱清晰可见。在解剖显微镜下，辨认两侧骶髂关节，并定位骶骨的颅端。

使用剃刀或手术刀，在最后一个腰椎与骶骨颅端之间的椎间隙处进行精确切割，分离该节段。再次于椎间隙内切割，从脊柱上取下第6腰椎（L6）和第5腰椎（L5），并将L5保留用于后续分析。在解剖显微镜下检查椎骨，使用纱布垫并根据需要辅以镊子轻轻操作，彻底清除骨骼上的所有软组织，包括椎间盘。

首先，从冷冻的小鼠尸体中分离出第五腰椎。使用安装在旋转工具上的金刚石切割片，切断每个椎弓根，以去除横突和棘突。用细粒度120目的砂纸轻轻打磨椎骨的尾端，彻底清除所有椎间盘、软组织及表面不平整结构。

然后用永久性记号笔标记已打磨的尾端，以便后续易于识别。按照制造商说明书准备聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥。取少量半软状态的PMMA骨水泥涂抹于椎骨未标记的颅端上表面，并用生理盐水重新水化。

当PMMA仍处于半软状态时，将椎骨放置在底板上，尾侧朝下。然后启动机器，使驱动齿轮啮合，并逐渐将上压板降至椎骨和PMMA骨水泥复合体上，直至接触骨水泥。在上压板轻柔下压的同时，让PMMA骨水泥完全固化。

实时使用专为力学测试数据采集设计的数字软件，从传感器收集载荷和位移数据至电子表格中。在采集5秒基线数据后，施加小于0.5牛顿的最小预载力，以恒定且预设的下降速度逐渐将上部铂金压头 lowering 至样品上，以启动压缩试验。当观察到载荷显著下降、表明材料已发生失效时，停止数据采集。

使用前几步获得的方程对每个数据点进行系统位移校正。要绘制载荷-位移曲线（载荷位于 y 轴，校正后的试样位移位于 x 轴），首先点击 Windows，然后选择 New Table，再点击 Do it，以创建一个表格。将校正后的位移和载荷数据从原始数据电子表格复制到新表格中。

然后，为了生成表示原始数据的波形，单击“数据”并选择“XY 对转波形”。为 X 波选择校正后的位移数据，为 Y 波加载数据。确保“点数”框中包含正确的数据点数量。

命名波形，然后点击“生成波形”。创建波形后，通过点击“窗口”并选择“新建图表”来查看载荷-位移曲线。将波形放置在 y 轴上，将其计算结果放置在 x 轴上以生成图表。

使用光标工具在图表上标记感兴趣的点或区域，以进行进一步分析。