[发明专利]一种生物软组织材料滑动摩擦力的测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种生物软组织材料滑动摩擦力的测试装置及方法，属于材料性能测试技术领域。该方法通过能量守恒定律将测试得到软组织材料间的滑动摩擦力，特别是针对现阶段难以测试的生物软组织材料，如肌肉，皮肤，软骨及血管等等。该测试技术不仅原理简单，易于操作，而且测试精度高，能有效反映生物材料之间的滑动摩擦特性，在生物材料测试及软组织工程领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种生物软组织材料滑动摩擦力的测试装置及方法，属于材料性能测试领域。

背景技术

随着人类社会的发展，人们对身体的健康愈来愈重视，生物软组织材料也显得越来越重要。传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已经不能满足医学发展的要求，生物软组织材料面临着新的机遇与挑战。摩擦力作为生物软组织材料性能的一部分，不仅在生物软组织材料的制备中不可或缺，也在应用过程中发挥了关键的作用。但是由于生物软组织材料的不规则性、柔软性、复杂性、非均匀性，导致生物软组织材料的摩擦力很难去直接测量。因此，如何测量一种生物软组织材料的滑动摩擦力，成为了一个难题。因此如何快速简单测试生物软组织材料的滑动摩擦力这一问题摆在了各工程领域的面前。

发明内容

本发明旨在提供一种测试生物软组织材料滑动摩擦力的装置及方法。该方法可作为测试生物软组织材料滑动摩擦力的方法，该测试技术不仅操作简单，而且测试精度高，在生物材料性能测试工程领域具有潜在的应用价值。

本发明提供了一种测试生物软组织材料滑动摩擦力的装置，包括拉伸试验机、红色固定棒、砝码、游标卡尺、定滑轮，所述定滑轮通过支杆固定在地面上，其中第一、第二定滑轮可以上下移动。中间放置生理液池，红色圆柱状固定棒(可由不同的材料组成，如骨或骨的仿生材料，如钛合金)固定在生理液池的中央，试件包裹在红色固定棒上，一端通过拉力线经过定滑轮悬挂砝码，一端通过拉力线经过定滑轮连接到拉伸试验机上，拉力大小和位移的数据通过拉伸试验机的传感器在计算机上显示。

上述装置中，所述红色固定棒可以忽略其变形，其半径为R。拉力线是钢丝，在实验的过程中不会伸长。定滑轮也是刚性光滑的，质量为m_p，半径为r。

上述装置中，所述试件为一个薄而宽度相同的生物软组织条带(软骨、跟腱、皮肤、血管及人造生物软组织材料等)试件，质量为m_s。

上述装置中，所述的拉伸试验机为Instron 5544，配有5N和50N的力传感器，精度为1 微牛，位移精度为1微米。

本发明提供了一种测试生物软组织材料滑动摩擦力的方法，包括以下步骤：

(1)进行“空载”：将红色固定棒固定在生理液中，将拉力线绕在红色固定棒上，通过调节两端定滑轮的高度使得拉力线与水平方向呈α角度(范围15°～75°)；

(2)在拉伸试验机恒定速度v⁰拉伸下，经过时间t⁰后，拉伸试验机连接的计算机显示位移和拉力的曲线F⁰(x)(如图3)；

(3)测量砝码上升的高度h⁰；

(4)测量试件的原长a；

(5)进行测试：将红色固定棒固定在生理液中，并将试件包裹在红色固定棒上，通过调节两端滑轮的高度使得拉力线与水平方向呈α角度(范围15°～75°)；

(6)M点设置在红色固定棒与试件接触处的下边缘点；

(7)在拉伸试验机恒定速度v拉伸下，经过时间t后，拉伸试验机连接的计算机显示位移和拉力的曲线F(x)(如图4)，M点运动到M′点；

(8)测量砝码上升的高度h,红色固定棒中心O到M′点的距离l；