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

材料機械特性綜合表征系統(tǒng)

多功能組織材料生物力學特性、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,、青島大學,、上海交通大學等成功使用。是組織,、材料,，力-電特性、多物理場耦合,，測試分析的金標準。

該系統(tǒng)是僅有的一款模塊化集成各種力學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,。

材料機械特性綜合表征系統(tǒng) 力學特性綜合表征分析

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：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纖維絲的跨尺度測試。

位移分辨率達0.1um

力分辨率達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準系統(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提供準確的數(shù)據(jù)分析報告。
7,、高分辨率位移和力精準度測試分析：移分辨率達0.1微米,、力分辨率達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,、斷裂力學,、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)品成熟無風險。
該微觀力學測試分析與培養(yǎng)系統(tǒng)初該系統(tǒng)為軟骨力學性能檢測所研發(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)字教學等領(lǐng)域,，產(chǎn)品得到了業(yè)界廣泛的認可和推廣,。該系統(tǒng)
相比于傳統(tǒng)的大型力學測試系統(tǒng)，該微觀力學測試系統(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表征工具,，是科學家、工程師和其他各領(lǐng)域用戶的佳選擇,。在動態(tài)力學分析,、薄膜、復(fù)合物,、聚合物,、生物產(chǎn)品、醫(yī)學鑒定和水凝膠等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,。

典型測試材料：

游離鈣的變化會改變椎間盤的機械性能
由于我們近發(fā)現(xiàn)人椎間盤 (IVD) 中游離鈣 (Ca 2+ ) 濃度的增加會導致基質(zhì)降解 ( Grant et al. ECM 2016 ),，我們假設(shè) Ca 2+的升高也會損害 IVD 力學。本研究的目的是確定游離 Ca 2+對 IVD 機械性能的影響,。

IVD 從 25 個月大的牛尾巴中分離出來,，并與 1mM 或 5mM Ca 2+一起孵育 4 周。未補鈣的體外診斷設(shè)備被視為對照,。使用 Mach-1 機械測試儀（Biomomentum Inc,，加拿大），對每個體外診斷設(shè)備進行壓縮動態(tài)機械測試 (DMA),，以評估其體積楊氏模量 (E*),，頻率范圍為 0.01Hz 至 5Hz，應(yīng)變幅度為 5%,。隨后,，為了評估隔室剛度,，IVD 沿著脊髓分成兩半，并使用自動球形壓痕技術(shù)評估每半的中央部分（R=3.2mm,，15 次測量/cm 2,，幅度=0.5毫米）。生成了剛度圖,。
在 1mM 或 5mM Ca 2+中孵育 4 周后,，與對照相比，E* 顯著降低,。與低 Ca 2+濃度 (1mM)的對照相比,，IVD 隔室的剛度幾乎保持不變，而在高
濃度 (5mM)時達到顯著性 (p<0.0001 ),。纖維環(huán) (AF) 的剛度從 0.30±0.02MPa 降低到 0.06±0.01MPa,。然而，對于髓核 (NP) 和終板 (EP),，組織剛度分別從 0.030±0.001MPa 增加到 0.060±0.002MPa 和從 1.45±0.15MPa 到 2.5±0.07MPa
,。

高 Ca 2+濃度會改變 IVD 的整體和隔室機械性能。這些結(jié)果與我們之前的研究結(jié)果一致,，表明增加鈣水平導致 EP 礦化增加,，并減少營養(yǎng)物質(zhì)向椎間盤的擴散。因此,，評估每個 IVD 隔室的機械性能可以更好地了解其整體機械行為及其在退化過程中的完整性,。
改編自：I. Hadjab、MP Grant,、LM Epure,、M. Garon、E. Quenneville,、J. Anthoniou,、F. Mwale 和 MD Buschmann。游離鈣的變化會改變椎間盤的機械性能,。生物材料和組織力學國際會議,，美國夏威夷，2017 年 12 月 12 日,，講臺 O.48,。