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【6h】

若干哺乳动物牙齿结构性能与食性的关系研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 生物摩擦学

1.1.1 生物摩擦学

1.1.2 人类牙齿组织结构和其摩擦学特性

1.2 哺乳动物牙齿的研究现状

1.2.1 哺乳动物牙齿研究史

1.2.2 哺乳动物的牙齿

1.2.3 哺乳动物牙齿的结构和齿形

1.2.3 牙齿的齿形和饮食特性

1.2.4 饮食结构与动物牙齿磨损的关系

1.2.5 牙齿微观磨损的应用与存在的争论

1.3 牙齿的发育和生物矿化

1.3.1 牙齿的发育

1.3.2 牙齿的生物矿化

1.4 选题的意义和研究内容

1.4.1 选题的意义

1.4.2 研究内容与方案

第2章 试验设备和方法

2.1 样品制备与处理

2.1.1 样品制备

2.1.2 竹鼠门牙的准备过程

2.2 实验设备

2.2.1 纳米分析测试

2.2.2 其他分析方法

第3章 动物牙齿微观结构及相关性能

3.1 实验简介

3.2 不同食性哺乳动物牙齿的微观结构

3.3 硬度与弹性模量

3.4 牙齿微观结构不同的原因分析

3.5 小结

第4章 机械咬合刺激对竹鼠门牙釉质微观结构的影响

4.1 试验简介

4.2 竹鼠门牙的结构

4.3 机械咬合作用对竹鼠门牙釉质微观结构的影响

4.4 小结

第5章 水分对猪牙釉质表面的影响

5.1 水分对牙齿摩擦学特性的影响

5.2 水分对牙釉质表面羟基磷灰石纳米结构的影响

5.3 小结

第6章 咬合接触角度和食物物性对哺乳动物牙齿磨损形式的影响

6.1 试验简介

6.2 接触角度对牙齿微观磨损形式的影响

6.3 食物物性对牙釉质表面微观磨损形式的影响

6.4 小结

结论与展望

1.本文的主要结论

2.研究展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

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摘要

在长期的进化过程中,哺乳动物牙齿不断适应新的环境,它们精巧的结构和形态及某些特殊功能引起了众多结构设计师和材料科学家的注意。哺乳动物种类繁多且饮食结构复杂,其牙齿形状、尺寸和结构均存在多样性。单以饮食特性角度划分,哺乳动物可以分为食肉动物、食草动物和杂食动物。不同饮食特性的哺乳动物,其牙齿的咬合形式、主要受载荷方向和牙齿齿形都存在显著不同。深入探索不同哺乳动物牙齿的微观结构,不仅对了解牙齿的生物摩擦学性能具有重要意义,而且能为仿生设计提供重要的理论基础。
  本文先对若干哺乳动物牙齿的微观结构进行了观察;然后以竹鼠门牙为研究对象,探索不同机械咬合作用对竹鼠门牙釉质微观结构的影响;通过干燥和水浸泡的方法改变牙釉质中的水含量,探索水分对牙釉质表面的摩擦学特性和羟基磷灰石纳米颗粒的影响;最后通过试验模拟揭示了食物特性与牙齿微观磨损形式之间的关系。
  第三章使用扫描电镜(SEM)对若干种哺乳动物牙釉质微观结构进行了检测,结果显示哺乳动物牙釉质的微观结构与其饮食结构存在密切联系,同时显示牙釉质表面的力学性能与其微观结构存在密切关系。
  第四章以竹鼠门牙作为研究对象,通过控制竹鼠的饮食特性来观测其门牙釉质微观结构的变化情况,探索不同饮食结构对啮齿类动物牙釉质微观结构的影响,即不同机械咬合作用对内齿类动物牙釉质微观结构的影响。结果显示啃食高强度竹子的竹鼠门牙釉质微观结构的排列比啃食低强度土豆的竹鼠门牙釉质微观结构整齐,而血液测试、矿化密度测试表明其牙釉质微观结构的变化与营养结构没有明显关系,进而说明强有力的机械作用可以促进正在发育生长中的牙齿釉质微观结构的有序排列。
  第五章探索了水对猪牙釉质表面的影响,结果显示水分对牙釉质表面的力学和摩擦学特性有显著影响。当水含量降低时,釉质表面硬度增加,摩擦系数降低;经水浸泡后,牙釉质表面的硬度和摩擦系数均出现显著恢复。使用X-ray射线小角衍射(Small-angle XRD)、掠入角X-ray射线小角衍射(Granzing incidence small-angle XRD)和原子力显微镜(AFM)对不同含水量的牙釉质表面羟基磷灰石纳米颗粒进行测试显示,在牙釉质表面羟基磷灰石颗粒没有发生变性的情况下,水含量可以影响羟基磷灰石纳米颗粒之间的相互作用力,进而影响整个牙釉质表面的力学性能。
  第六章通过体外模拟牙齿咬合食物的方式来探索食物的物性与牙齿表面微观磨损形式之间的关系。结果显示牙釉质表面的微观磨损形式与咬合食物时的受力角度存在明显联系,即当受力接触角度为垂直时,牙釉质表面的主要微观磨损形式为磨坑;当接触角度为45°时,牙釉质表面的主要微观磨损既有磨坑又有划痕;当接触角度为水平时,牙釉质表面的主要微观磨损形式为划痕,而与食物本身的物性无必然关系。

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