研究背景骨是一种主要由矿物质和I型胶原蛋白组成的结缔组织，两者决定了其硬度和强度。骨生物力学研究对认识骨骼病变、损伤及修复过程有着不可替代的作用，因此其在骨科具有非常重要的地位。随着计算机技术及微观力学的快速发展，使得微纳米尺度下研究骨的力学行为变为可能。纳米压痕技术(nanoindentation)可以测量分辨率达纳米量级的骨小梁细微结构的力学特性，被研究者越来越多的应用。纳米压痕技术因其精度极高，测试过程易受到标本含湿率及加载方式的影响，因此探讨不同影响因素对测试结果的作用规律，提高该类实验的重复性及可比性，已成为当前急需解决的前沿问题。以往的该类实验，标本更多的是采用脱水包埋，使其胶原硬化收缩，测试结果难于客观反映人体生理环境下的真实力学水平。近期研究也表明，人骨干燥标本的弹性模量及硬度测试值较湿润标本高，但尚无标本不同含湿率变化对测试结果影响的相关研究，使同类实验横向对比缺乏参考。同时骨作为粘弹性生物组织，其测试结果受其粘弹特性及表面粗糙度影响，已有的研究表明，适当的负荷率及峰值负载可减少粘弹作用和表面粗糙度的影响，但不同加载方式怎样影响测试结果并表现出怎样的规律，还需进一步研究。研究目的通过制备不脱水的湿润标本，对不同含湿率的人皮质骨及松质骨进行测量，探讨自身含湿率变化及不同加载方式对人皮质骨和松质骨微观力学特性的动态变化过程。阐明含湿率及加载方式对测试结果的作用规律，为该类实验进行横向对比提供相关参考。研究方法1．取同一尸体的双侧股骨和腰4椎体标本，用钻石锯切片机从股骨中上段和腰4椎体横截面取厚度约5mm的薄片。用碳化硅粒度依次为600、800、1000、1200、2000、4000目的砂纸打磨标本，表面予铝粉抛光器抛光，碎屑用超声波清洗机洗去后去离子水冲洗10s。放入生理缓冲液中，置于-20℃冰箱冷藏。标本从冰箱取出后放至常温下解冻。在实验环境下分别测试皮质骨及松质骨含湿率变化规律，利用红外微量水分测试仪制备不同含湿率标本，将皮质骨分为含湿率20‰、30‰、40‰、50‰、60‰五组，松质骨分为含湿率5%、15%、25%、35%、40%五组。2．皮质骨测试的加载参数设置为加载速率10nm/s，峰值载荷为500nm，卸载至最大载荷的15%时，压头维持1min，以相同速率卸载；压点选择在标本间对称面上，每组分别压6-8个点，压点区域选在皮质骨标本中心到边缘的中间位置，压点间的距离保持在20μm。测试不同含湿率下的硬度和弹性模量值，采用单方向方差分析进行组间多重比较。3．松质骨测试的加载参数设置为加载速率333μN/s，加载至最大载荷1000μN，在最大载荷处维持5s，以同样速率即333μN/s卸载；压点选择在标本对称面的中间区域，每组分别压6-8个点，压点间的距离保持在10μm。记录不同含湿率下的硬度和弹性模量值，采用单方向方差分析进行组间多重比较。4．皮质骨设定三种加载方式：加载速率分别为6、8、10nm/s，峰值载荷为300、400、500nm，测试方法同上，三种方式分别对含湿率为20‰及60‰的皮质骨进行测试，分别进行单方向方差分析组间多重比较。松质骨设定三种不同加载方式：加载速率分别为200、250、333μN/s，最大载荷分别为600、750、1000μN，测试方法同上，三种方式分别对含湿率为5%及40%的松质骨进行测试，分别进行单方向方差分析组间多重比较。结果1.皮质骨弹性模量和硬度值在不同含湿率下测试值分别介于5.4721.27GPa和0.150.56GPa之间。随着湿度增加，测试值均呈递减曲线，各湿度之间差异均具有统计学意义(P <0.05)。2.松质骨弹性模量和硬度值在不同含湿率下测试值分别介于3.8918.81GPa和0.160.58GPa之间。随着湿度增加，测试值均减少，各湿度之间差异均具有统计学意义(P <0.05)。3.不同的加载方式对含湿率为20‰皮质骨测试结果影响不显著；但对含湿率60‰的标本组间对比有统计学意义(P <0.05)，且测试值随着峰值载荷及加载速率增加而增大。4.三种加载方式对含湿率为5%松质骨测试结果影响不显著；但对含湿率为40%的标本组间对比有统计学意义(P <0.05)，随着峰值载荷及加载速率增加，测试值增大。结论随着标本含湿率增高，人皮质骨及松质骨弹性模量及硬度测试值均降低；三种不同的加载方式对干燥的皮质骨及松质骨弹性模量和硬度测试值影响均不明显，但对于皮质骨和松质骨极湿标本，弹性模量和硬度测试值随着峰值载荷和加载速率的增加而增大。这表明，标本本身湿度变化不但影响纳米压痕测试结果，不同的加载方式对湿润标本测试结果的影响也不容忽视。