Sobre la Interacción Entre la Rugosidad y el Módulo Elástico a Escala Nanoscale: Un Estudio Metodológico con Hueso como Material Modelo
Autores: Gambardella, Alessandro; Marchiori, Gregorio; Maglio, Melania; Boi, Marco; Montesissa, Matteo; Bertacchini, Jessika; Biressi, Stefano; Baldini, Nicola; Giavaresi, Gianluca; Bontempi, Marco
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Sobre la Interacción Entre la Rugosidad y el Módulo Elástico a Escala Nanoscale: Un Estudio Metodológico con Hueso como Material Modelo
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Microscopía de fuerza atómica
Nanoindentación
Respuesta mecánica
Módulo elástico
Rugosidad de la muestra
Rugosidad local
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
La nanoindentación basada en la microscopía de fuerza atómica (AFM) permite investigar la respuesta mecánica de materiales biológicos a una escala subcelular. Sin embargo, las estimaciones cuantitativas de parámetros mecánicos como el módulo de elasticidad (E) siguen siendo poco fiables porque la influencia de la rugosidad de la muestra en las mediciones de E a escala nanométrica aún se comprende mal. Este estudio reexamina la interpretación de la rugosidad desde una perspectiva más rigurosa y valida una metodología experimental para extraer la rugosidad en cada sitio de nanoindentación, es decir, la rugosidad local, con la cual se puede correlacionar con precisión el valor correspondiente de E. Se seleccionaron regiones corticales de una sección transversal de tibia murina, caracterizadas por una morfología nanométrica compleja, como banco de pruebas. Se realizaron ochenta nanoindentaciones no superpuestas utilizando dos puntas de AFM diferentes, manteniendo una profundidad de penetración máxima de 10 nm para cada medición. Nuestros resultados muestran una ligera tendencia decreciente de E frente a (coeficiente de correlación de rango de Spearman = -0.27187). Un total del 90% de los valores de E son fiables cuando < 10 nm (coeficiente de determinación R > 0.90), aunque los valores bajos están asociados con una dispersión significativa alrededor de E ( = 0) = E = 1.18 GPa, con variaciones que superan el 50%. Estos hallazgos son consistentes con un modelo cualitativo de contacto punta-muestra que tiene en cuenta la heterogeneidad de rugosidad pronunciada típica de la topografía ósea a escala nanométrica.
Descripción
La nanoindentación basada en la microscopía de fuerza atómica (AFM) permite investigar la respuesta mecánica de materiales biológicos a una escala subcelular. Sin embargo, las estimaciones cuantitativas de parámetros mecánicos como el módulo de elasticidad (E) siguen siendo poco fiables porque la influencia de la rugosidad de la muestra en las mediciones de E a escala nanométrica aún se comprende mal. Este estudio reexamina la interpretación de la rugosidad desde una perspectiva más rigurosa y valida una metodología experimental para extraer la rugosidad en cada sitio de nanoindentación, es decir, la rugosidad local, con la cual se puede correlacionar con precisión el valor correspondiente de E. Se seleccionaron regiones corticales de una sección transversal de tibia murina, caracterizadas por una morfología nanométrica compleja, como banco de pruebas. Se realizaron ochenta nanoindentaciones no superpuestas utilizando dos puntas de AFM diferentes, manteniendo una profundidad de penetración máxima de 10 nm para cada medición. Nuestros resultados muestran una ligera tendencia decreciente de E frente a (coeficiente de correlación de rango de Spearman = -0.27187). Un total del 90% de los valores de E son fiables cuando < 10 nm (coeficiente de determinación R > 0.90), aunque los valores bajos están asociados con una dispersión significativa alrededor de E ( = 0) = E = 1.18 GPa, con variaciones que superan el 50%. Estos hallazgos son consistentes con un modelo cualitativo de contacto punta-muestra que tiene en cuenta la heterogeneidad de rugosidad pronunciada típica de la topografía ósea a escala nanométrica.