應用領域	醫療衛生,環保,生物產業

材料多種微力特性測試分析系統

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
-多載荷多物理場耦合微觀力學性能原位測試系統

該系統是加拿大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、側限與無限壓縮測試、張力測試、剪切測試、摩擦測試、扭轉測試、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 力學性質綜合表征分析

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臺式離體模式。
2、機械力、電位等全面的測試指標：不規則表面3D壓痕mapping、3D表面輪廓mapping、3D厚度mapping、活體電位特性、側限與無限壓縮、張力、剪切、摩擦、扭轉、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、可放入培養箱內

5、多軸向全角度測試 :X軸、Y軸、Z軸、扭轉軸（L型扭轉、U型扭轉、360度扭轉），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：全面的測試技術服務、根據良好的實驗室實踐和GLP提供準確的數據分析報告。
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變動態測量-數字圖像相關測試：具有非接觸性、應用廣泛、精度較高、全場測量、數據采集簡單、測量環境要求不高、易于實現自動化等優點，可以測量微米甚至納米的變形,應用于組織材料力學、斷裂力學、微觀納米應變測量、各種新型材料測量等。
10、上千篇文獻，30多年歷史，產品成熟無風險。
該微觀力學測試分析與培養系統初該系統為軟骨力學性能檢測所研發，此后集成了多種配置以滿足更多生物組織和軟質材料力學性能的測量和評估。該儀器的*性能特點--模塊化設計，簡易操作平臺，面向用戶設計，廣泛應用于生物材料檢測，高分子材料檢測以及數字教學等領域，產品得到了業界廣泛的認可和推廣。該系統
相比于傳統的大型力學測試系統，該微觀力學測試系統總體較小，可以實現桌面化的操作流程，操作過程簡便。該系統測試方法面，是多樣化的材料力學表征工具，是科學家、工程師和其他各領域用戶的佳選擇。在動態力學分析、薄膜、復合物、聚合物、生物產品、醫學鑒定和水凝膠等領域都有廣泛應用。

典型測試材料：

單個位置關節軟骨的機械測試序列
在近的一項研究中，我們小組強調了考慮關節表面軟骨機械性能的自然地形變異性的重要性，特別是在軟骨修復的背景下，人們可以評估治療的效果。此外，由于感興趣區域的大小有限，因此在修復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節面上的單個位置執行多個測試。因此，本研究的目的是開發一系列機械測試來表征單個位置的關節軟骨。

意義：使用一系列測試可以大限度地減少所需樣品的數量，并大限度地減少數據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 個股骨遠端提取，健康的尸體人體關節，由 RTI Surgical（佛羅里達州）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 中執行

第 1 步：自動壓痕和厚度映射
自動壓痕技術允許測量整個表面的機械性能
厚度是通過針技術的改編版本獲得的
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%的平衡應變。
在玻璃上沿 5 mm 圓形路徑（1440° 旋轉）執行摩擦測試。
平衡時的摩擦系數 u eq被提取出來。
第 4 步：無約束壓縮
10% 預壓縮
隨后是 5 個 2% 應力松弛的斜坡
將數據擬合到具有原纖維增強的多孔彈性模型，以提取基質模量 (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% 預壓縮
隨后是 5 個 2% 應力松弛的斜坡
數據擬合線性雙相模型，其中提取了聚合模量 (H A ) 和軸向滲透率 (k z )
結果
結果顯示了從各種測試配置（20% 應變）中提取的 6 個芯的參數。（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性（r=0.81，p=0.05）
摩擦系數值通常高于文獻中所述，但在 PBS 中發現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節面上的同一隔室。
在單個位置對關節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，例如組織學或生化評估。
對于未來的研究，在不同的退化狀態下測試軟骨以確定哪些機械參數對退化更敏感，并研究這些參數與其他分析之間的相關性將是有趣的。