生物力學(xué)試驗機測試中常見(jiàn)的2個(gè)問(wèn)題及解決方案

　　生物力學(xué)試驗機是指應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(diǎn)彎曲剪切等測試儀器設備。測試軟組織和生物材料應力應變、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(chēng)上又可以稱(chēng)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(wàn)能材料試驗機等。按照驅動(dòng)電機的配置不同和實(shí)際應用的不同，可以分為生物材料靜態(tài)拉伸試驗機和生物材料動(dòng)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(shí)際測試中經(jīng)常遇到的兩個(gè)問(wèn)題，如測試拉伸工裝固定裝置和精確的應變測量裝置。

　　電子不易滑脫冷凍式夾持夾具，關(guān)鍵是用半導體制冷片，是一種熱泵，它的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有滑動(dòng)部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無(wú)制冷劑污染的場(chǎng)合。是利用半導體材料的Peltier效應。當直流電通過(guò)兩種不同半導體材料串聯(lián)成的電偶時(shí),在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量,可以實(shí)現制冷的目的。在生物力學(xué)實(shí)驗中經(jīng)常會(huì )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固夾持非常困難。傳統方法是利用夾具與軟組織之間接觸面產(chǎn)生的摩擦力來(lái)發(fā)揮作用的,如手動(dòng)式或氣動(dòng)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,其內部受力與外部受力是不同的。在夾持固定的過(guò)程中勢必形成應力集中導致軟組織的打滑脫落和損傷,所以必須有一種均衡應力的無(wú)創(chuàng )夾持方法來(lái)解決這一問(wèn)題。運用冷凍技術(shù)提高軟組織硬度使之與夾頭牢固結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區域的軟組織,并通過(guò)凍結區域將應力均勻傳遞到非凍結區。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(huì )讓材料夾傷變形,冷凍本身能消除鉗夾應力,可提高材料與夾頭穩固連接。這就為過(guò)去難以加工的韌、黏性材料,難以?shī)A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(wú)法滿(mǎn)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變的理想解決方案。我們的視頻引伸計采用高分辨率數字照相機和先進(jìn)的實(shí)時(shí)圖像處理，實(shí)現橫向或縱向或整個(gè)場(chǎng)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，獲取應變數據的難點(diǎn)在于標記技術(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記，客服了因需要標記生物樣品所帶來(lái)的種種影響，比如標記點(diǎn)在鹽水浴中淡化和脫落等等現象。對于需要微觀(guān)材料力學(xué)研究的，視頻引伸計可以加裝在顯微鏡上。