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

材料多種力特性測(cè)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(cè)試分析表征系統(tǒng)
-多載荷多物理場(chǎng)耦合微觀力學(xué)性能原位測(cè)試系統(tǒng)

該系統(tǒng)是加拿大Biomomentum重點(diǎn)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(cè)試分析儀，該系統(tǒng)集成各種力學(xué)測(cè)定、力電耦合測(cè)定, 能對(duì)各種組織材料進(jìn)行機(jī)械刺激和表征測(cè)定。允許表征的機(jī)械性能。1000+篇文獻(xiàn)，30年+發(fā)展歷史，同濟(jì)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(chǎng)耦合，測(cè)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(cè)試和力電耦合分布測(cè)試的工具，可以進(jìn)行不規(guī)則表面3D壓痕mapping測(cè)試、3D表面輪廓mapping測(cè)試、3D厚度mapping測(cè)試、活體壓縮同時(shí)進(jìn)行電位特性測(cè)試、側(cè)限與無限壓縮測(cè)試、張力測(cè)試、剪切測(cè)試、摩擦測(cè)試、扭轉(zhuǎn)測(cè)試、穿刺測(cè)試、剝離測(cè)試的綜合性機(jī)-電特性測(cè)試分析平臺(tái)。

材料多種力特性測(cè)試分析系統(tǒng) 力學(xué)全面指標(biāo)測(cè)定儀

特點(diǎn)

1、支持在體、離體兩種模式：手持式在體壓電測(cè)試、氣囊式在體測(cè)試或常規(guī)臺(tái)式離體模式。
2、機(jī)械力、電位等全面的測(cè)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(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲、剝離等各種力學(xué)特性測(cè)試。
3、多種力-電物理場(chǎng)耦合：不規(guī)則表面壓痕同時(shí)厚度測(cè)試、電位活組織壓縮同時(shí)電位測(cè)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(cè)試：

壓痕模量范圍：3Pa-670G帕

可測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試的金標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)：全面的測(cè)試技術(shù)服務(wù)、根據(jù)良好的實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐和GLP提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析報(bào)告。
7、高分辨率位移和力精準(zhǔn)度測(cè)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(cè)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(cè)試）

◆壓痕不要求壓縮軸垂直于樣品表面對(duì)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(diǎn)彎曲、扭力、剪切、摩擦磨損、電特性等各種力電多物理場(chǎng)測(cè)試。

◆壓痕同時(shí)可測(cè)量厚度信息

◆紅寶石壓頭，堅(jiān)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(cè)材料的機(jī)械環(huán)境及其與周圍材料的相互作用

◆自動(dòng)mapping

◆亞微米分辨率

◆一臺(tái)儀器即可進(jìn)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(duì)測(cè)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(jìn)行
9、基于第哎C的的非接觸式全場(chǎng)應(yīng)變動(dòng)態(tài)測(cè)量-數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)試：具有非接觸性、應(yīng)用廣泛、精度較高、全場(chǎng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單、測(cè)量環(huán)境要求不高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，可以測(cè)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(cè)量、各種新型材料測(cè)量等。
10、上千篇文獻(xiàn)，30多年歷史，產(chǎn)品成熟無風(fēng)險(xiǎn)。
該微觀力學(xué)測(cè)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(cè)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(cè)量和評(píng)估。該儀器的*性能特點(diǎn)--模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)易操作平臺(tái)，面向用戶設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于生物材料檢測(cè)，高分子材料檢測(cè)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(cè)試系統(tǒng)，該微觀力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)總體較小，可以實(shí)現(xiàn)桌面化的操作流程，操作過程簡(jiǎn)便。該系統(tǒng)測(cè)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(dòng)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(cè)試材料：

使用壓痕映射識(shí)別整個(gè)關(guān)節(jié)表面的早期退化（OA 樣）區(qū)域
關(guān)節(jié)炎和軟骨研究中目前未滿足的需求是對(duì)整個(gè)關(guān)節(jié)軟骨表面進(jìn)行定量和非破壞性的離體功能評(píng)估。本研究的目的是研究一種新型自動(dòng)化技術(shù)在壓痕中表征整個(gè)關(guān)節(jié)表面的機(jī)械性能的能力，以便快速區(qū)分退化和健康的關(guān)節(jié)軟骨。
方法
樣本
從 RTI Surgical, FL 獲得來自 8 個(gè)人類股骨遠(yuǎn)端的完整關(guān)節(jié)表面。將關(guān)節(jié)表面連接到充滿 PBS 并配備有攝像頭配準(zhǔn)系統(tǒng)（1 mm 配準(zhǔn)分辨率）的測(cè)試室。位置網(wǎng)格疊加在樣品的圖像上（圖 2）。使用 ICRS 系統(tǒng)對(duì)關(guān)節(jié)表面進(jìn)行視覺分級(jí)：
ICRS 0（視覺正常，圖像 4 和 5 中的圈外區(qū)域）
ICRS > 0（視覺異常，在圖像 4 和 5 中的圓圈區(qū)域內(nèi)）
自動(dòng)縮進(jìn)映射
用于這種新的自動(dòng)壓痕技術(shù)的球形壓頭（半徑 = 3 mm）。
多軸稱重傳感器使用 Fx、Fy 和 Fz 來計(jì)算法向力。
3 軸機(jī)械測(cè)試儀 (Mach-1 v500css) 同時(shí)使用 3 個(gè)位移分量，根據(jù)測(cè)量的表面方向執(zhí)行垂直位移。
在每個(gè)位置執(zhí)行的步驟：
1) 在預(yù)定位置測(cè)量接觸坐標(biāo)
2）測(cè)量周圍4個(gè)位置的接觸坐標(biāo)
3) 使用接觸坐標(biāo)計(jì)算表面方向
4) 進(jìn)行垂直壓痕并測(cè)量法向力

自動(dòng)厚度映射
針式探針取代了球形壓頭。
稱重傳感器使用 Fz 來計(jì)算力（圖 3）。
厚度測(cè)量使用針刺技術(shù)。
在整個(gè)關(guān)節(jié)表面上繪制軟骨垂直距離。
使用先前獲得的表面取向計(jì)算軟骨厚度。
厚度 = 垂直距離 x 余弦（表面方向）
瞬時(shí)模量計(jì)算

通過將載荷-位移曲線（具有相應(yīng)的厚度）擬合到壓痕中的彈性模型來獲得每個(gè)位置的瞬時(shí)模量。
結(jié)果
這些映射揭示了同一供體的左右關(guān)節(jié)的空間相關(guān)和對(duì)稱的厚度模式（圖 4）和瞬時(shí)模量（圖 5）。使用單向方差分析 (ANOVA)，發(fā)現(xiàn)供體之間的厚度和瞬時(shí)模量分布存在顯著差異（兩者 p < 0.0001），而每對(duì)供體之間沒有顯著差異（兩者 p > 0.1 ）。獲得的厚度值與先前報(bào)道的人股骨軟骨數(shù)據(jù)一致。
厚度映射比瞬時(shí)模量映射更均勻，并且厚度模式與異常軟骨的視覺評(píng)估無關(guān)（ICRS > 0）（圖 4）。瞬時(shí)模量，在整個(gè)表面的壓痕中測(cè)量，識(shí)別和量化視覺識(shí)別的異常區(qū)域，并顯示通常擴(kuò)展視覺病變邊界的退化模式（圖 5）。這些區(qū)域顯示出比測(cè)量的平均瞬時(shí)模量低得多的瞬時(shí)模量（0.2 和 3 MPa 之間，圖 5 中的藍(lán)綠色區(qū)域）。除去樣品制備時(shí)間，每對(duì)厚度和壓痕圖的獲取需要1分鐘/位置的機(jī)器時(shí)間和30分鐘/對(duì)數(shù)據(jù)后處理的接頭。
結(jié)論
與傳統(tǒng)生物力學(xué)測(cè)試通常需要的（即單個(gè)樣品采集、樣品表面垂直于壓縮軸的視覺定向、樣品保存導(dǎo)致可能的機(jī)械改變）相比，該技術(shù)不需要昂貴且耗時(shí)的干預(yù)，從而大大減少了測(cè)量誤差的來源，并允許對(duì)整個(gè)關(guān)節(jié)表面進(jìn)行高分辨率映射。這項(xiàng)研究的結(jié)果清楚地證明了這種新型自動(dòng)壓痕技術(shù)能夠快速、客觀和無損地繪制整個(gè)關(guān)節(jié)表面的生物力學(xué)特性并識(shí)別退化區(qū)域。