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如何测量体内软组织的硬度(杨氏模量、纳米压痕仪)

 更新时间:2023-05-05 点击量:1133

简介:

软组织弹性的定量评估对于广泛的应用至关重要,例如生物力学建模、生理监测和组织疾病诊断。然而,软组织的模量测量,特别是在体内,已被证明具有挑战性,因为仪器必须到达软组织部位并能够在很短的时间内进行测量。

本文主要介绍俩种测量办法

一、水凝胶纳米压痕仪

Piuma Nanoindenter

生物组织、软物质材料力学性能测试的新方法

638115304139229018177.jpg

Piuma是功能强大的台式仪器,可探索水凝胶、生理组织和生物工程材料的微观机械特性。表征尺度从宏观直至细胞。专为分析测试软材料而设计,测量复杂和不规则材料在生理条件下的力学性能。杭州轩辕科技有限公司

主要优势

● 内置摄像镜头,方便实时观察样品台

● 实时分析计算测量结果,原始数据并将以文本文件存储,方便任何时候导入Dataviewer软件进行复杂处理

● 探针经过预先校准,即插即用。对于时间敏感的样品确保了快速测量

● 光纤干涉MEMS技术能够以无损的方式测量即使是最软的材料,并保证分辨率。同时探针可以重复使用Piuma轩辕纳米压痕仪Piuma轩辕纳米压痕仪

                                           

技术参数

+
模量测试范围

5 Pa - 1 GPa

探头悬臂刚度0.025 - 200 N/m
探头尺寸(半径)

3 - 250 μm

最大压痕深度100 μm
传感器最大容量200
测试环境air, liquid (buffer/medium)
粗调行程

X*Y:12×12 mm          Z:12 mm

加载模式

Displacement / Load* / Indentation*
测试类型

准静态(单点,矩阵)

蠕变,应力松弛

DMA动态扫描 (E', E'', tanδ)

动态扫描频率*
0.1 - 10 Hz
内置拟合模型Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR)
*为可选升级配置









Fiber-On-Top 探头

新型光纤干涉式悬臂梁探头,利用干涉仪来监测悬臂梁形变。638115393727713280157.jpg


相较于原子力显微镜或传统纳米压痕仪

创新型光纤探头,弥补了传统纳米压痕仪无法测试软物质的问题,也解决了AFM在力学测试中的波动大,操作困难、制样严苛等常见缺陷。


● 背景噪音低:激光干涉仪抗干扰强于AFM反射光路

● 制样更简单:对样品的粗糙度宽容度高于AFM

● 刚度选择更准确:平行悬臂梁结构有利于准确判别压痕深度与压电陶瓷位移比例关系,便于选择合适刚度探头来保证弹性形变关系的稳定性,进而获得重复率更高、准确性更好的数据



内置分析软件

638004237288879575913.jpg

● 借助功能强大而易于操作的软件,用户可以自由控制压痕程序(载荷、位移等)。自动处理曲线的流程,可以获得数据和结果的快速分析


● 原始参数完整txt导出,便于后续复杂处理的需要


● 利用Hertz接触模型从加载部分计算弹性模量,与常用的Oliver&Pharr方法相比,更为适合生物组织和软物质材料特性



视频介绍


近期文献



年  份期  刊题  目
2022Advanced Functional MaterialsEngineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement
2022BiomaterialsHydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids
2021Biofabrication3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink
2021nature communicationsJanus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration
2020Environmental Science & TechnologyEffect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties
2020Acta BiomaterialiaA multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas














二、生物软组织万能试验机


UniVert

随时随地进行您需要的机械测试

638021475378690774654.pngUniVert S2力学试验机是各种机械测试应用的理想选择,它的占地面积小,价格合理,使用户可以随时随地进行测试。易于使用的软件和可互换的组件使得系统无需大量的培训或督导即可使用。 该系统能够承受高达200N的拉伸、压缩和弯曲测试。各种夹具和固定装置可用于适应不同的标本和测试模式。UniVert生物微力学测试仪UniVert生物微力学测试仪

主要优势

●小体量即可进行质量好、性价比高的测试

夹具和加载传感器的变化易于操作,可以适应各种用途。

使用基于图像的应变测量工具,可实现高分辨率CCD成像(可选)

功能齐全的用户界面软件,可通过实时反馈进行简单、循环、松弛和多模式测试

                                         

技术参数


UniVertUniVert S2UniVert 1KN
尺寸(cm)

22x22x54

22x22x5430x22x60
重量(kg)8820
传感器最大容量(N)2002001000
传感器范围(N)0.5-2000.5-2000.5-1000
传感器精度0.2%0.2%0.2%
行程(mm)300300300

最大速度(mm/s)

2010020
最快循环频率2102
最高采样速率100500100






液池


UniVert系统可配备温度控制液池,以确保敏感生物材料在适当条件下进行测试。638021475380409653712.png






图像分析软件


UniVert系统可以使用集成的数字图像相关法(Digital Image Correlation, 缩写DIC)测量样本应变。638021475622061053574.png









UniVert 1kN


利用UniVert S2力学试验机的所有优点,实现高达1kN的力。兼容垂直和水平液池、成像和非接触应变测量以及剪切、扭转或压力。



试样 & 安装

638021475618310886929.png

拉伸测试 试样: 弹性聚合物材料                    压缩测试 试样:非弹性陶瓷球                      弯曲测试 试样: 人造骨



多轴向测试


剪切、扭转和压力可以添加到主要测试轴向上,以测试各种试样。这些执行器和传感器与设备控制器、软件和数据输出无缝集成。UniVert试验机(拉伸、压缩、弯曲)UniVert试验机(拉伸、压缩、弯曲)638021475620654848833.png









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