應(yīng)用領(lǐng)域	醫(yī)療衛(wèi)生,環(huán)保,生物產(chǎn)業(yè)

材料多種微力特性測試分析系統(tǒng)

多功能組織材料生物力學(xué)特性,、電位分布測試分析表征系統(tǒng)
-多載荷多物理場耦合微觀力學(xué)性能原位測試系統(tǒng)

該系統(tǒng)是加拿大Biomomentum重點推薦的在體離體多功能、多軸向,、多尺度,、多材料的力-電特性測試分析儀，該系統(tǒng)集成各種力學(xué)測定,、力電耦合測定, 能對各種組織材料進行機械刺激和表征測定,。允許表征的機械性能。1000+篇文獻,，30年+發(fā)展歷史,，同濟大學(xué)、青島大學(xué),、上海交通大學(xué)等成功使用,。是組織、材料,，力-電特性,、多物理場耦合，測試分析的金標(biāo)準(zhǔn),。

該系統(tǒng)是僅有的一款模塊化集成各種力學(xué)測試和力電耦合分布測試的工具,，可以進行不規(guī)則表面3D壓痕mapping測試,、3D表面輪廓mapping測試、3D厚度mapping測試,、活體壓縮同時進行電位特性測試,、側(cè)限與無限壓縮測試、張力測試,、剪切測試,、摩擦測試、扭轉(zhuǎn)測試,、穿刺測試,、剝離測試的綜合性機-電特性測試分析平臺。

材料多種微力特性測試分析系統(tǒng) 力學(xué)性質(zhì)綜合表征分析

特點

1,、支持在體,、離體兩種模式：手持式在體壓電測試、氣囊式在體測試或常規(guī)臺式離體模式,。
2,、機械力、電位等全面的測試指標(biāo)：不規(guī)則表面3D壓痕mapping,、3D表面輪廓mapping,、3D厚度mapping、活體電位特性,、側(cè)限與無限壓縮,、張力、剪切,、摩擦、扭轉(zhuǎn),、穿刺,、撓曲彎曲、三點彎曲,、四點彎曲,、剝離等各種力學(xué)特性測試。
3,、多種力-電物理場耦合：不規(guī)則表面壓痕同時厚度測試,、電位活組織壓縮同時電位測試、拉扭耦合,、拉壓扭耦合,、拉伸剪切耦合、壓縮剪切耦合等,。
4,、多尺度組織材料測試：

壓痕模量范圍：3Pa-670G帕

可測定材料組織范圍廣：3從極硬骨等到超軟腦組織、眼角膜等，從粗大椎間盤等大樣品到極細(xì)纖維絲的跨尺度測試,。

位移分辨率達(dá)0.1um

力分辨率達(dá)0.025mN

大力 250N

行程范圍廣：50-250mm

體積小巧,、可放入培養(yǎng)箱內(nèi)

5、多軸向全角度測試 :X軸,、Y軸,、Z軸、扭轉(zhuǎn)軸（L型扭轉(zhuǎn),、U型扭轉(zhuǎn),、360度扭轉(zhuǎn)），行程大250mm,，分辨率低至100nm,。
6、僅有的各種力電類型特性測試的金標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)：全面的測試技術(shù)服務(wù),、根據(jù)良好的實驗室實踐和GLP提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析報告,。
7、高分辨率位移和力精準(zhǔn)度測試分析：移分辨率達(dá)0.1微米,、力分辨率達(dá)0.025毫牛,。
8、多軸向多功能多材料高通量壓痕測試分析:

◆樣品范圍廣：極軟腦組織泡沫到陶瓷,、金屬

◆模量范圍廣3pa到670Gpa

◆無需表面平坦,，可在不規(guī)則表面壓痕（剛度、硬度,、厚度,、表面輪廓等測試）

◆壓痕不要求壓縮軸垂直于樣品表面對齊

◆可模塊化集成多軸向多功能多材料：可集成3D輪廓表面形貌表征、拉伸,、壓縮,、三彎曲、四點彎曲,、扭力,、剪切、摩擦磨損,、電特性等各種力電多物理場測試,。

◆壓痕同時可測量厚度信息

◆紅寶石壓頭，堅固不易斷,使用成本低

◆樣品不需要從組織中收集

◆組織的破壞小

◆維持被測材料的機械環(huán)境及其與周圍材料的相互作用

◆自動mapping

◆亞微米分辨率

◆一臺儀器即可進行從納米到宏觀尺度的壓痕
◆從小位移（幾納米）到大位移（大50mm）的壓痕
◆大載荷范圍（從0.025mN 到 250N）以滿足樣品特性的要求
◆大載荷范圍對測量粗糙表面尤為有用
◆可以在將樣品浸入溶液中的情況下進行
9,、基于第哎C的的非接觸式全場應(yīng)變動態(tài)測量-數(shù)字圖像相關(guān)測試：具有非接觸性,、應(yīng)用廣泛、精度較高,、全場測量,、數(shù)據(jù)采集簡單,、測量環(huán)境要求不高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,，可以測量微米甚至納米的變形,應(yīng)用于組織材料力學(xué),、斷裂力學(xué)、微觀納米應(yīng)變測量,、各種新型材料測量等,。
10、上千篇文獻,，30多年歷史,，產(chǎn)品成熟無風(fēng)險。
該微觀力學(xué)測試分析與培養(yǎng)系統(tǒng)初該系統(tǒng)為軟骨力學(xué)性能檢測所研發(fā),，此后集成了多種配置以滿足更多生物組織和軟質(zhì)材料力學(xué)性能的測量和評估,。該儀器的*性能特點--模塊化設(shè)計，簡易操作平臺,，面向用戶設(shè)計,，廣泛應(yīng)用于生物材料檢測，高分子材料檢測以及數(shù)字教學(xué)等領(lǐng)域,，產(chǎn)品得到了業(yè)界廣泛的認(rèn)可和推廣,。該系統(tǒng)
相比于傳統(tǒng)的大型力學(xué)測試系統(tǒng)，該微觀力學(xué)測試系統(tǒng)總體較小,，可以實現(xiàn)桌面化的操作流程,，操作過程簡便。該系統(tǒng)測試方法面,，是多樣化的材料力學(xué)表征工具,，是科學(xué)家、工程師和其他各領(lǐng)域用戶的佳選擇,。在動態(tài)力學(xué)分析,、薄膜、復(fù)合物,、聚合物,、生物產(chǎn)品,、醫(yī)學(xué)鑒定和水凝膠等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,。

典型測試材料：

單個位置關(guān)節(jié)軟骨的機械測試序列
在近的一項研究中，我們小組強調(diào)了考慮關(guān)節(jié)表面軟骨機械性能的自然地形變異性的重要性,，特別是在軟骨修復(fù)的背景下,，人們可以評估治療的效果。此外,，由于感興趣區(qū)域的大小有限,，因此在修復(fù)研究中測試樣品的可用性是有限的,。克服這個問題的解決方案是在關(guān)節(jié)面上的單個位置執(zhí)行多個測試,。因此,，本研究的目的是開發(fā)一系列機械測試來表征單個位置的關(guān)節(jié)軟骨。

意義：使用一系列測試可以大限度地減少所需樣品的數(shù)量,，并大限度地減少數(shù)據(jù)分析中機械性能自然變化的影響,。

組織來源
6 個骨軟骨核心（D = 3.5 毫米），從 5 個股骨遠(yuǎn)端提取,，健康的尸體人體關(guān)節(jié),，由 RTI Surgical（佛羅里達(dá)州）提供。
測試順序（圖 2）
注意：每次測試之間允許等待 10 分鐘,，測試在 PBS 中執(zhí)行

第 1 步：自動壓痕和厚度映射
自動壓痕技術(shù)允許測量整個表面的機械性能
厚度是通過針技術(shù)的改編版本獲得的
彈性壓痕模型提取的瞬時模量 (IM)
每個核心的 IM 和軟骨厚度 (h) 計算為距離核心中心 6 毫米內(nèi)測量的所有值的平均值
第 2 步：解剖顯微鏡下的厚度
使用解剖顯微鏡重新測量軟骨厚度（h）
第 3 步：摩擦
施加20%的平衡應(yīng)變,。
在玻璃上沿 5 mm 圓形路徑（1440° 旋轉(zhuǎn)）執(zhí)行摩擦測試。
平衡時的摩擦系數(shù) u eq被提取出來,。
第 4 步：無約束壓縮
10% 預(yù)壓縮
隨后是 5 個 2% 應(yīng)力松弛的斜坡
將數(shù)據(jù)擬合到具有原纖維增強的多孔彈性模型,，以提取基質(zhì)模量 (E m )、原纖維模量 (E f ) 和徑向滲透率 (k r )
第 5 步：剪切
砂紙（1500 粒度）
提取了 10%,、15% 和 20% 壓縮時的剪切模量 (G)
第 6 步：受限壓縮
10% 預(yù)壓縮
隨后是 5 個 2% 應(yīng)力松弛的斜坡
數(shù)據(jù)擬合線性雙相模型,，其中提取了聚合模量 (H A ) 和軸向滲透率 (k z )
結(jié)果
結(jié)果顯示了從各種測試配置（20% 應(yīng)變）中提取的 6 個芯的參數(shù)。（圖 3）
在使用自動厚度映射（步驟 1）獲得的厚度與在解剖顯微鏡下獲得的厚度（步驟 2）之間觀察到顯著相關(guān)性（r=0.81,，p=0.05）
摩擦系數(shù)值通常高于文獻中所述,，但在 PBS 中發(fā)現(xiàn)的玻璃軟骨參考值是在牛軟骨上進行的，這可能無法比較,。
E m比 E f低大約 15 倍,，這是文獻中預(yù)期和報道的。
G 與文獻報道的范圍相同,。
受限壓縮試驗的H A和 k z與文獻中報道的相似,。
如文獻中所述，對于高于 10% 的壓縮,，軸向（受限壓縮）和徑向（非受限壓縮）方向的水力滲透率有 10 倍的差異,。
討論
在這些測量中，單個 6 個樣本之間的差異源于空間分布模式,，因為樣本不是取自關(guān)節(jié)面上的同一隔室,。
在單個位置對關(guān)節(jié)軟骨進行機械測試的順序似乎很有希望，因為它提供的值與文獻中報道的值一致,。
在對同一樣品進行這一系列機械測試后,，可以進行其他分析，例如組織學(xué)或生化評估,。
對于未來的研究,，在不同的退化狀態(tài)下測試軟骨以確定哪些機械參數(shù)對退化更敏感,，并研究這些參數(shù)與其他分析之間的相關(guān)性將是有趣的。