[发明专利]一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及方法，包括工作容器、仿生夹具、力参数测量机构、环境调控机构以及夹具驱动机构；第一仿生夹具以及第二仿生夹具分别设置在工作容器的内壁上；力参数测量机构置于仿生夹具上；环境调控机构置于工作容器内部并用于调节力学性能测试实验所需的介质的环境温度；夹具驱动机构与仿生夹具相连并通过仿生夹具带动力参数测量机构对待测试环状试样的力学性能进行测试。本发明考虑到一般生物组织的完整性、闭合性和内外部环境，模仿了生物组织在生命活性中的受力环境和条件，可有效提高生物组织力学性能测量的精度，操作方便，易于实现。

技术领域

本发明属于生物材料力学性能测试技术领域，涉及一种力学性能测试装置及方法，尤其涉及一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及测试方法。

背景技术

生物力学研究生物大分子、细胞、组织、器官等组成单元的力学性能问题，如皮肤、肌肉、角膜、血管等生物软组织的拉伸变形、断裂强度、蠕变等力学特性。基于现代工程测试理论和技术，生物软组织拉伸试验中，试样制作与夹持具有一定困难，一方面是由于生物材料硬度较低，试样受到传统夹具的挤压力时，试样被夹持的部位容易产生变形并会发生应力集中的现象，容易损伤组织结构并破坏组织；另一方面生物组织内部和表面通常存在水或油等液态物质，在试验过程中随着介质的渗出，容易造成夹持处打滑甚至脱落等问题。为了全面了解生物组织的综合力学性能，特别是能够了解其真正生理环境下的生物力学性能，这除了需要保证实验环境能达到其生活环境外，还要保证试样的形状能够像其在体时的整体结构，同时也要做到试样的夹持能够考虑到其在体时与其他各部位的连接方式与强度差异。

目前，生物组织拉伸试验用的夹具多数以冷冻夹持夹具为主，这种夹具可以通过水湿润试样，在通过装置里设置的制冷器将试样上的水冷冻，提高了试样的硬度从而方便夹具夹持。换取试样时，通过加热板将试样上的冰迅速融化，再重复以上操作(CN207502287U、CN200993623Y等)。而现有仿生物组织在活体环境下的力学特性测试，主要是仿生物组织在水环境下的拉伸力学特性测试，还有的能够达到37℃的盐水浴环境下的测试。但是这些生物力学性能测试只是保证实验环境能够达到其本身的生活环境，对于本身试样在体时的整体结构以及与其他部位的连接方式、强度差异都没有考虑。以专利CN200993623Y为例，一种盐水浴生物软组织拉伸试验用夹具，公开了其容器结构，包括夹具，容器材料等。但是这种结构运用于实际中，存在一些问题：(1)冷冻夹持夹具虽在夹持生物组织试样时不会发生应力集中也不会发生试样滑移脱落等问题，但是在更换试样时过于麻烦，且要经过冷冻，融化等一系列过程，而且应用的场合过于苛刻，对于装置的可靠性要求较高。(2)当做盐水浴试验时，只是满足了生物组织在体的外界环境，对于生物组织试样在体的形状以及试样在体时与生物其他部位的连接的方式，包括强度上的差异都没有考虑到。而且这种拉伸装置更换试样比较麻烦，需要把水倒出再拆除容器之后才能更换试样、效率不高且容器内的液体介质没有较好的方式回收。

总体而言，现有的生物组织拉伸试验机装置，很少涉及仿生物活体环境下对与生物组织进行测试的装置，而且夹具主要是运用冷冻夹持技术，对于应用场合，可靠性要求都较高，而且测试的方法都是标准化工程测试，而且仿生物活体环境下测试时也是仅仅考虑到了生物组织在体的外部环境，对于本身生物组织在体时的形状以及与其他部位的连接方式，强度差异都没有考虑。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及方法，在满足生物组织在体外部的环境下还考虑到其在体时的形状、与其他部位的连接方式，强度差异等条件，能够尽量满足生物组织在体时的生理环境。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：