[发明专利]一种生物组织微纳米流变学特性的测试装置及方法

权利要求书

1.一种生物组织微纳米流变学特性的测试装置，包括原子力显微镜和实验测试装置，其特征在于：

所述原子力显微镜包括：

球形接触探针，包括氮化硅悬臂和其上粘接的聚苯乙烯小球，其中，所述球形接触探针用于向生物组织施加载荷，所述聚苯乙烯小球用于增大所述球形接触探针与测试区域的接触面积；

探针激发装置，输出端与所述氮化硅悬臂相连，用于向所述氮化硅悬臂施加振动；

激光发射器，用于向所述球形接触探针发射激光信号；

检测器，用于接收所述激光发射器发射的激光信号；

反馈系统，与检测器相连，用于根据激光反射位移，测量球形接触探针压入生物组织的深度和球形接触探针在纵向的挠曲，确定生物组织的变形位移和球形接触探针施加给生物组织的载荷大小；

所述实验测试装置与所述原子力显微镜相连，用于根据球形接触探针施加给生物组织的载荷大小和生物组织的变形位移，分析获取球形接触探针施加给生物组织的载荷-时间关系曲线图与生物组织变形位移-时间关系曲线图，并利用两个曲线图计算生物组织的三个粘弹性参数：损耗因子、损耗模量以及储能模量；

其中，利用两个曲线图计算生物组织的三个粘弹性参数：损耗因子、损耗模量以及储能模量，具体包括：

通过正弦函数拟合获取两个曲线的正弦关系式y＝y₀+A×sin(π×(x-x_c/ω)，并计算两个曲线的相位差Δx，其中y₀为偏距，A为振幅，ω为角速度，相位移Δx_c＝20π×Δx，相变角θ＝Δx_c×180度；

计算生物组织的三个粘弹性参数，其中：损耗因子＝tan(Δx_c×180度)，损耗模量＝损耗因子×sinθ，储能模量＝损耗因子×cosθ。

2.如权利要求1所述的一种生物组织微纳米流变学特性的测试装置，其特征在于：

所述聚苯乙烯小球的直径为10-20微米；

所述氮化硅悬臂的弹性系数为0.3牛/米。

3.如权利要求1所述的一种生物组织微纳米流变学特性的测试装置，其特征在于：

利用紫外光固化粘合技术以及微观精准定位技术，将所述聚苯乙烯小球精准粘在所述氮化硅悬臂上。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的生物组织微纳米流变学特性测试装置的生物组织微纳米流变学特性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过探针激发装置，带动球形接触探针在设定时间内对生物组织施加振幅不变的动态振动；

通过激光发射器，向振动的氮化硅悬臂的背面发射激光，通过检测器检测激光的反射位移；

通过反馈系统，利用激光的反射位移测算球形接触探针在纵向的挠曲，并根据球形接触探针的挠曲计算球形接触探针施加给生物组织的载荷大小；

通过反馈系统，利用激光的反射位移对球形接触探针压入生物组织的深度进行测量，确定生物组织的变形位移；

根据球形接触探针施加给生物组织的载荷大小和生物组织的变形位移，通过实验测试装置分析获取球形接触探针施加给生物组织的载荷-时间关系曲线图与生物组织变形位移-时间关系曲线图，利用两个曲线图计算生物组织的三个粘弹性参数：损耗因子、损耗模量以及储能模量。

5.如权利要求4所述的一种生物组织微纳米流变学特性的测试方法，其特征在于：

所述设定时间为20秒。

6.如权利要求4所述的一种生物组织微纳米流变学特性的测试方法，其特征在于：

接触探针施加给样品的载荷大小，通过计算球形接触探针的挠曲与氮化硅悬臂的弹性系数的乘积获得。