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在當(dāng)今世界，高分子材料的應(yīng)用范圍越來越廣泛。其中，水凝膠作為一種具有良好生物相容性、物化性能、高吸水性、高保水性等特質(zhì)的高分子材料，正逐漸成為組織工程、生物醫(yī)藥、軟電子等行業(yè)的研究熱點(diǎn)。特別是在生物醫(yī)藥材料方面，水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可以用作藥物載體、組織粘合劑、傷口輔料等。
本文介紹倆種測量水凝膠力學(xué)性能儀器
一、水凝膠納米壓痕儀
Piuma是功能強(qiáng)大的臺式儀器，可探索水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機(jī)械特性。表征尺度從宏觀直至細(xì)胞。專為分析測試軟材料而設(shè)計(jì)，測量復(fù)雜和不規(guī)則材料在生理?xiàng)l件下的力學(xué)性能。杭州軒轅科技有限公司
● 內(nèi)置攝像鏡頭，方便實(shí)時(shí)觀察樣品臺
● 實(shí)時(shí)分析計(jì)算測量結(jié)果，原始數(shù)據(jù)并將以文本文件存儲，方便任何時(shí)候?qū)隓ataviewer軟件進(jìn)行復(fù)雜處理
● 探針經(jīng)過預(yù)先校準(zhǔn)，即插即用。對于時(shí)間敏感的樣品確保了快速測量
● 光纖干涉MEMS技術(shù)能夠以無損的方式測量即使是最軟的材料，并保證分辨率。同時(shí)探針可以重復(fù)使用Piuma軒轅納米壓痕儀Piuma軒轅納米壓痕儀
| 模量測試范圍 | 5 Pa - 1 GPa |
| 探頭懸臂剛度 | 0.025 - 200 N/m |
| 探頭尺寸(半徑) | 3 - 250 μm |
| 最大壓痕深度 | 100 μm |
| 傳感器最大容量 | 200 |
| 測試環(huán)境 | air, liquid (buffer/medium) |
| 粗調(diào)行程 | X*Y：12×12 mm Z：12 mm |
加載模式 | Displacement / Load* / Indentation* |
| 測試類型 | 準(zhǔn)靜態(tài)(單點(diǎn)，矩陣) 蠕變，應(yīng)力松弛 DMA動態(tài)掃描 (E', E'', tanδ) |
| 動態(tài)掃描頻率* | 0.1 - 10 Hz |
| 內(nèi)置擬合模型 | Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR) |
| *為可選升級配置 | |
新型光纖干涉式懸臂梁探頭，利用干涉儀來監(jiān)測懸臂梁形變。
創(chuàng)新型光纖探頭，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)納米壓痕儀無法測試軟物質(zhì)的問題，也解決了AFM在力學(xué)測試中的波動大，操作困難、制樣嚴(yán)苛等常見缺陷。
● 背景噪音低：激光干涉儀抗干擾強(qiáng)于AFM反射光路
● 制樣更簡單：對樣品的粗糙度寬容度高于AFM
● 剛度選擇更準(zhǔn)確：平行懸臂梁結(jié)構(gòu)有利于準(zhǔn)確判別壓痕深度與壓電陶瓷位移比例關(guān)系，便于選擇合適剛度探頭來保證彈性形變關(guān)系的穩(wěn)定性，進(jìn)而獲得重復(fù)率更高、準(zhǔn)確性更好的數(shù)據(jù)
● 借助功能強(qiáng)大而易于操作的軟件，用戶可以自由控制壓痕程序（載荷、位移等）。自動處理曲線的流程，可以獲得數(shù)據(jù)和結(jié)果的快速分析
● 原始參數(shù)完整txt導(dǎo)出，便于后續(xù)復(fù)雜處理的需要
● 利用Hertz接觸模型從加載部分計(jì)算彈性模量，與常用的Oliver&Pharr方法相比，更為適合生物組織和軟物質(zhì)材料特性
| 年 份 | 期 刊 | 題 目 |
|---|---|---|
| 2022 | Advanced Functional Materials | Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement |
| 2022 | Biomaterials | Hydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids |
| 2021 | Biofabrication | 3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink |
| 2021 | nature communications | Janus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration |
| 2020 | Environmental Science & Technology | Effect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties |
| 2020 | Acta Biomaterialia | A multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas |
二、生物軟組織萬能試驗(yàn)機(jī)
UniVert S2力學(xué)試驗(yàn)機(jī)是各種機(jī)械測試應(yīng)用的理想選擇，它的占地面積小，價(jià)格合理，使用戶可以隨時(shí)隨地進(jìn)行測試。易于使用的軟件和可互換的組件使得系統(tǒng)無需大量的培訓(xùn)或督導(dǎo)即可使用。 該系統(tǒng)能夠承受高達(dá)200N的拉伸、壓縮和彎曲測試。各種夾具和固定裝置可用于適應(yīng)不同的標(biāo)本和測試模式。UniVert生物微力學(xué)測試儀UniVert生物微力學(xué)測試儀
●小體量即可進(jìn)行質(zhì)量好、性價(jià)比高的測試
●夾具和加載傳感器的變化易于操作，可以適應(yīng)各種用途。
●使用基于圖像的應(yīng)變測量工具，可實(shí)現(xiàn)高分辨率CCD成像（可選）
●功能齊全的用戶界面軟件，可通過實(shí)時(shí)反饋進(jìn)行簡單、循環(huán)、松弛和多模式測試
| UniVert | UniVert S2 | UniVert 1KN | |
| 尺寸（cm） | 22x22x54 | 22x22x54 | 30x22x60 |
| 重量（kg） | 8 | 8 | 20 |
| 傳感器最大容量（N） | 200 | 200 | 1000 |
| 傳感器范圍（N） | 0.5-200 | 0.5-200 | 0.5-1000 |
| 傳感器精度 | 0.2% | 0.2% | 0.2% |
| 行程（mm） | 300 | 300 | 300 |
最大速度（mm/s） | 20 | 100 | 20 |
| 最快循環(huán)頻率 | 2 | 10 | 2 |
| 最高采樣速率 | 100 | 500 | 100 |
UniVert系統(tǒng)可配備溫度控制液池，以確保敏感生物材料在適當(dāng)條件下進(jìn)行測試。
UniVert系統(tǒng)可以使用集成的數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital Image Correlation, 縮寫DIC)測量樣本應(yīng)變。
利用UniVert S2力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高達(dá)1kN的力。兼容垂直和水平液池、成像和非接觸應(yīng)變測量以及剪切、扭轉(zhuǎn)或壓力。
拉伸測試 試樣: 彈性聚合物材料 壓縮測試 試樣：非彈性陶瓷球 彎曲測試 試樣: 人造骨
剪切、扭轉(zhuǎn)和壓力可以添加到主要測試軸向上，以測試各種試樣。這些執(zhí)行器和傳感器與設(shè)備控制器、軟件和數(shù)據(jù)輸出無縫集成。UniVert試驗(yàn)機(jī)（拉伸、壓縮、彎曲）UniVert試驗(yàn)機(jī)（拉伸、壓縮、彎曲）
年 | 標(biāo)題 |
2014 | 核黃素在角膜基質(zhì)內(nèi)交聯(lián)中的應(yīng)用 |
2016 | 加速制備脫細(xì)胞骨骼肌支架的輸液生物反應(yīng)器的研制 |
2016 | 充氣角膜變形材料特性的數(shù)值模擬 |
2016 | 非均質(zhì)人體角質(zhì)層的整體力學(xué)性質(zhì)及多尺度破壞力學(xué) |
2017 | 印制天線和互連線用高變形導(dǎo)電跡線：三乙醇胺摻雜銀/氟聚合物復(fù)合材料 |
2017 | 在右旋糖酐溶液或羥丙基甲基纖維素中使用核黃素進(jìn)行角膜交聯(lián)后的生物力學(xué)特性。 |
2017 | 為骨和軟骨組織工程開發(fā)具有可控氧分壓位置變異性的定制灌注生物反應(yīng)器原型。 |
2017 | 柔性射頻天線和應(yīng)變傳感器用3d打印彈性體上的自增強(qiáng)石墨烯涂層 |
2018 | 新型Gelma-Phema水凝膠神經(jīng)導(dǎo)管治療周圍神經(jīng)損傷 |
2018 | 相對濕度對氧化鋯/Nafion®納米復(fù)合膜力學(xué)強(qiáng)度的影響。 |
2018 | 柑橘果膠/絲素功能化皮膚組織工程支架的制備。 |
2018 | 陰離子絲素衍生多肽對絲素蛋白的功能化 |
2018 | 眼內(nèi)光黏結(jié)可調(diào)節(jié)人工體功能 |
2018 | Nafion®/Zro2納米復(fù)合膜的力學(xué)強(qiáng)度 |
2018 | 激光粉末床熔凝316l不銹鋼立桿的組織與性能 |
2018 | 一步法制備磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架 |
2018 | 磷灰石-殼聚糖支架的一步法制備及其在骨組織工程中的應(yīng)用。 |
2018 | 可定制周圍神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管的快速連續(xù)3d打印 |
