生物力學(xué)試驗機測試中常見的2個問題及解決方案

　　生物力學(xué)試驗機是指應(yīng)用于生物材料如生物軟組織，如肌腱、韌帶、肌膜、皮膚、腸膜、膠原蛋白和水凝膠等生物材料等等材料拉伸壓縮三點彎曲剪切等測試儀器設(shè)備。測試軟組織和生物材料應(yīng)力應(yīng)變、彈性變形、彈性極限、彈性模量、屈服強度、塑性變形、斷裂強度、延伸率等等測試。在名稱上又可以稱為生物材料力學(xué)試驗機，生物材料拉力測試機，或生物材料萬能材料試驗機等。按照驅(qū)動電機的配置不同和實際應(yīng)用的不同，可以分為生物材料靜態(tài)拉伸試驗機和生物材料動態(tài)拉伸疲勞試驗機。

　　由于軟組織和生物材料的特殊性，在實際測試中經(jīng)常遇到的兩個問題，如測試?yán)�伸工裝固定裝置和精確的應(yīng)變測量裝置。

　　電子不易滑脫冷凍式夾持夾具，關(guān)鍵是用半導(dǎo)體制冷片，是一種熱泵，它的優(yōu)點是沒有滑動部件，應(yīng)用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合。是利用半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)。當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時,在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量,可以實現(xiàn)制冷的目的。在生物力學(xué)實驗中經(jīng)常會碰到生物軟組織夾持固定的難題。以往的夾持方法都是采用堅硬的金屬夾具對組織塊進(jìn)行鉗夾,對于硬度高的組織如骨還可行,但對于生物軟組織如肌肉、肌腱、韌帶、皮膚和水凝膠等就很難。軟組織柔軟濕滑的特性使其被穩(wěn)固夾持非常困難。傳統(tǒng)方法是利用夾具與軟組織之間接觸面產(chǎn)生的摩擦力來發(fā)揮作用的,如手動式或氣動是拉伸固定裝置，而生物軟組織具有強烈的黏彈特性,摩擦力僅僅是作用于其表面,其內(nèi)部受力與外部受力是不同的。在夾持固定的過程中勢必形成應(yīng)力集中導(dǎo)致軟組織的打滑脫落和損傷,所以必須有一種均衡應(yīng)力的無創(chuàng)夾持方法來解決這一問題。運用冷凍技術(shù)提高軟組織硬度使之與夾頭牢固結(jié)合成一體是一種有效的方法。軟組織被冷凍后硬度明顯提高,夾具的作用力可以較均衡地傳遞到凍結(jié)區(qū)域的軟組織,并通過凍結(jié)區(qū)域?qū)��?yīng)力均勻傳遞到非凍結(jié)區(qū)。冷凍夾持是靠液膜冰或四周溶液冰緊固,緊固力均勻一致,不會讓材料夾傷變形,冷凍本身能消除鉗夾應(yīng)力,可提高材料與夾頭穩(wěn)固連接。這就為過去難以加工的韌、黏性材料,難以夾持的工件,特別是成型件的加工提供了新的解決途徑。

　　視頻引伸計常用于精確測定處于機械載荷作用下的生物材料。由于生物軟組織，如肌腱、韌帶、肌膜、皮膚、腸膜和水凝膠等生物材料的脆弱特性，夾持式的引伸計無法滿足生物材料的測試，視頻引伸計是測量這些生物材料試樣拉伸應(yīng)變的理想解決方案。我們的視頻引伸計采用高分辨率數(shù)字照相機和先進(jìn)的實時圖像處理，實現(xiàn)橫向或縱向或整個場精確測量，是FEA有限元載荷測試的驗證的有效手段。因為這些生物試樣是柔軟、潮濕的，并且顏色不同，獲取應(yīng)變數(shù)據(jù)的難點在于標(biāo)記技術(shù)，并且生物材料一般是要求再水浴環(huán)境中進(jìn)行測試。因此不需要在樣品上做標(biāo)記，客服了因需要標(biāo)記生物樣品所帶來的種種影響，比如標(biāo)記點在鹽水浴中淡化和脫落等等現(xiàn)象。對于需要微觀材料力學(xué)研究的，視頻引伸計可以加裝在顯微鏡上。