目的：關(guān)節(jié)軟骨作為承重表面，其特征在于異質(zhì)性和多區(qū)域組織。頂層是關(guān)節(jié)軟骨的第一個受影響區(qū)域，這是骨關(guān)節(jié)炎等退行性疾病的結(jié)果。壓痕實驗能夠確定軟骨表層的位點依賴性（粘性）彈性特性。我們已經(jīng)建立了一種可重復的微壓痕方法來測量大鼠膝軟骨的表層剛度，并確定一個膝蓋隔室內(nèi)，內(nèi)側(cè)和外側(cè)隔室之間，一只動物內(nèi)和右膝之間以及動物之間的空間變化。

方法：使用帶有球形壓頭（荷蘭Optics11公司）的位移控制納米壓頭機（piuma）在大鼠脛骨樣品（哈倫，Wistar，雄性，12周齡）上獲得基于壓痕的力位移曲線。將樣品附著在底物上，并用補充蛋白酶抑制劑的PBS溶液覆蓋（德國羅氏）。應用不同的探頭尺寸（范圍為50-150微米）和壓痕深度（范圍4-12微米），并在900×900μm的區(qū)域內(nèi)測試多個壓痕的再現(xiàn)性（圖1）。軟骨的有效彈性模量是根據(jù)奧利弗-法爾理論計算的球形壓痕。

結(jié)果：實驗的再現(xiàn)性，在同一位置的不同時間點應用單個壓痕僅發(fā)現(xiàn)5%的變化。然而，在900x900μm區(qū)域內(nèi)軟骨剛度的空間變化是巨大的，高達20倍的變化（圖2）。因此，需要至少一系列144個壓痕（12×12網(wǎng)格，點間距離為82μm）才能找到該區(qū)域的可重復剛度圖，并為該區(qū)域提供可重復的平均值。對于所有動物，膝關(guān)節(jié)的側(cè)室比內(nèi)側(cè)隔室硬得多（表1，P值<0.01）。此外，我們還發(fā)現(xiàn)動物之間的有效模量存在相當大的差異，并且每種動物內(nèi)左右膝關(guān)節(jié)的模量之間的變異性甚至更高（表 2， P值<0.001）。