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J-GLOBAL ID：201902286569790495   整理番号：19A1711019

複雑な三次元生物学的複合材料,歯エナメル質の離散要素モデル【JST・京大機械翻訳】

Discrete element models of tooth enamel, a complex three-dimensional biological composite

著者 (2件)： Pro J. William (Department of Mechanical Engineering, McGill University, 817 Sherbrooke Street West, Montreal, QC H3A 2K6, Canada) ,  Barthelat Francois (Department of Mechanical Engineering, McGill University, 817 Sherbrooke Street West, Montreal, QC H3A 2K6, Canada)
資料名： Acta Biomaterialia  (Acta Biomaterialia)
巻： 94  ページ： 536-552  発行年： 2019年 
JST資料番号： W3136A  ISSN： 1742-7061  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： オランダ (NLD)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 歯の硬い表面層であるエナメル質は,柔らかい蛋白質によって結合されたcrisc鉱物棒から成る三次元生物学的複合材料である。この複雑な材料における構造-特性関係は,捕捉が困難であり,通常,計算的に高価なモデルを必要とする。ここでは,弾性率,硬さ,および破壊抵抗に及ぼす棒のdecusおよび棒対界面剛性コントラストの影響を捉えることができる歯エナメル質のより効率的な離散要素モデル(DEM)を提示した。ロッド状の微細構造は,ロッドの脱decを捉える理想的な生物学的成長モデルを用いて生成された。直交異方性弾性係数を単位セルでモデル化し,表面硬度を仮想押込試験で捉えた。巨視的亀裂成長も,初期ノッチを有する仮想破壊試験片における界面と棒の破壊を通して直接モデル化した。ロッド破壊が避けられたとき,抵抗曲線は,非弾性領域,亀裂分岐,および3D蛇行が靭性の主な源であるとき,指数関数的に増加することを示した。減少角度の増加は,非弾性領域のサイズと亀裂抵抗を同時に増加させ,一方,エナメル質の軸方向弾性率,硬度,および棒応力を減少させる。加えて,ロッドとそれらの界面の間の剛性のより大きなコントラストは,高い全体的剛性,硬度,および亀裂抵抗を促進する。これらの洞察は,再建歯科材料のためのより良いガイドラインを提供し,機械的性質のユニークな組合せを有するバイオインスパイアド硬質材料の開発のために,より良い指針を提供する。エナメル質は,柔らかい蛋白質によって結合されたcrisc鉱物棒から成る複雑な3Dマイクロアーキテクチャを有する人体において最も硬く,最も無機化された材料である。多くの硬い生物学的複合材料のように,エナメル質はその独特の微細構造のために靭性,硬度および剛性の魅力的な組合せを示す。しかし,この複雑な微細構造の大量のモデル化が計算ボトルネックを示すので,エナメル質構造-特性関係を調べる数値モデルはほとんどない。本研究では,エナメル質の硬さ,剛性および靭性に及ぼすロッドの交差と剛性の不整合の影響を捉える計算的に効率的な離散要素法(DEM)に基づくアプローチを提示した。このモデルは,再構成歯科材料とバイオインスパイアド複合材料の設計指針を改善できるエナメル質の微視力学に新しい洞察を提供する。Copyright 2019 Elsevier B.V., Amsterdam. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

シソーラス用語： *複合材料 ,  硬度 ,  再構成 ,  切欠き ,  コントラスト ,  亀裂伝搬 ,  微細構造 ,  界面 ,  弾性係数 ,  靱性 ,  微視力学 ,  *三次元 ,  モデリング ,  非弾性 ,  剛性

著者キーワード (5件)： 離散要素モデリング ,  エナメル質 ,  破壊力学 ,  decsation ,  クロスプライ

分類 (1件)： 医用素材  (GA05040H)

タイトルに関連する用語 (5件)： 生物学 ,  複合材料 ,  歯エナメル質 ,  要素 ,  モデル