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

多尺度特性力學(xué)表征系統(tǒng)

力生物學(xué)綜合表征分析

多尺度特性力學(xué)表征系統(tǒng) 全面力學(xué)指標(biāo)測(cè)定儀

產(chǎn)品測(cè)試文獻(xiàn)：

聚合物凝膠的多模態(tài)表征以確定測(cè)試方法對(duì)觀察到的彈性模量的影響

大衛(wèi) M. 金斯利、凱特琳 H.McCleery、克里斯托弗 DLJohnson、邁克爾 TKBramson、Deniz Rende、Ryan J.Gilbert、

David T.Corr

生物醫(yī)學(xué)材料機(jī)械行為雜志，2019 年 1 月 10 日在線提供，https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.01.003

對(duì)機(jī)械復(fù)制天然組織的材料的需求推動(dòng)了各種新生物材料的開(kāi)發(fā)和表征。然而，材料和表征技術(shù)多樣性的結(jié)果是該領(lǐng)

域缺乏共識(shí)，沒(méi)有明確的方法來(lái)比較通過(guò)不同方式測(cè)量的值。這可能導(dǎo)致難以在整個(gè)研究界復(fù)制研究結(jié)果；近的

證據(jù)表明，不同的模態(tài)不會(huì)在材料中產(chǎn)生相同的機(jī)械測(cè)量值，并且無(wú)法在不同的測(cè)試平臺(tái)之間進(jìn)行直接比較。在這里，

我們通過(guò)分析由五種典型的生物材料機(jī)械表征技術(shù)確定的彈性模量來(lái)檢查材料特性是否是表征模態(tài)的：無(wú)約束壓縮、張

力測(cè)量、流變測(cè)量、和宏觀層面的微觀壓痕，微觀上使用納米壓痕。這些分析是在兩種不同的聚合物凝膠中進(jìn)行的，

這些凝膠通常用于生物應(yīng)用，聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 和瓊脂糖。每個(gè)都被制造成跨越一系列模量，從生理值到超生

理值。所有五種技術(shù)在每個(gè)材料組中都確定了相同的總體趨勢(shì)，支持他們理解相對(duì)模量差異的能力。然而，在模態(tài)中發(fā)

現(xiàn)了顯著差異，說(shuō)明了絕對(duì)模量值的差異，從而排除了直接比較來(lái)自不同表征模態(tài)的測(cè)量值。這些觀察到的差異可能取

決于材料的順應(yīng)性、粘彈性和微觀結(jié)構(gòu)。

壓縮測(cè)試

使用 4 毫米活檢打孔器從制備好的凝膠上打出圓柱形試樣，以接近 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) D575-91 規(guī)定的樣品幾何形狀

（直徑 4 毫米，厚度 2 毫米）的比率。根據(jù)樣品的剛度，在配備 70-N 或 1.5-N 測(cè)力傳感器的 Mach-1 機(jī)械測(cè)試儀

（Biomomentum Inc.，Laval，QC，Canada）上對(duì)樣品進(jìn)行表征。每個(gè)測(cè)試樣品以 0.03 mm/s 的恒定速率壓縮到大

約 0.50 應(yīng)變（絕對(duì)壓縮距離為 1.125 mm）。基

于測(cè)量的力和位移數(shù)據(jù)（分別歸一化為初始樣品橫截面積和長(zhǎng)度）構(gòu)建應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從該曲線的線性區(qū)域估計(jì)彈性模

量，該區(qū)域發(fā)生在 PDMS 的 0.050.25 應(yīng)變和瓊脂糖的 00.10 應(yīng)變之間。

壓痕測(cè)試

使用帶有球形尖頭探針（直徑 6.35 mm）的 Mach-1 機(jī)械測(cè)試儀（Biomomentum Inc.，Laval，QC，Canada）

對(duì) 90 mm 培養(yǎng)皿內(nèi)的樣品進(jìn)行壓痕表征。所有樣品均使用 1.5-N 或 70-N 稱重傳感器，具體取決于樣品的剛度。

為了表征，先將探針高度校準(zhǔn)到不含凝膠的培養(yǎng)皿中，以標(biāo)準(zhǔn)化探針的高度。凝膠測(cè)試開(kāi)始使用系統(tǒng)的

Find Contact 模式，其中探頭以 0.03 mm/s 的速率下降，直到檢測(cè)到負(fù)載。根據(jù)確定的初始樣品高度，將測(cè)試

設(shè)置為總探針位移為 30% 應(yīng)變，所有樣品均以 0.03 mm/s 的恒定速率進(jìn)行。使用赫茲模型估計(jì)壓痕數(shù)據(jù)的彈性模量，

這解釋了球體和彈性固體之間的接觸力學(xué) [12, 13]。為了利用赫茲模型，將測(cè)量的壓頭力與壓痕深度提高到 3/2 次方進(jìn)行

對(duì)比，并使用初始線性區(qū)域的斜率（PDMS 為 00.1 應(yīng)變，瓊脂糖為 0.030.09 應(yīng)變）求解方程中的彈性模量 E。(2),

(2)F=43ER12d3/21(1+),

其中 F 是檢測(cè)到的力，R 是壓頭的半徑，d 是位移，并且是樣品的泊松比。制造了三個(gè)獨(dú)立的凝膠用于測(cè)試每個(gè)樣品條件，每個(gè)凝膠有六個(gè)壓痕（n = 18）。

Biomomentum 是一家對(duì)生物材料和組織進(jìn)行高質(zhì)量機(jī)械測(cè)試的服務(wù)提供商。我們的全球客戶范圍從小型醫(yī)療器械公司藥公司。作為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的專家，我們服務(wù)于眾多行業(yè)，同時(shí)遵守管理每個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)的嚴(yán)格規(guī)定。Biomomentum 為生物力學(xué)測(cè)試

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