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制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Testing Device and Method of Tissue and Mechanical Properties in Biomimetic Living Environment

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于生物材料力学性能测试
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术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，本专利技术采用如下技术方案：一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、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；所述工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；所述仿生夹具至少包括第一仿生夹具以及第二仿生夹具；所述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；所述力参数测量机构置于第一仿生夹具以及第二仿生夹具上；所述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；待测试环状试样置于仿生夹具上并通过仿生夹具支撑和固定；所述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。作为优选，本专利技术所采用的所述力参数测量机构至少包括第一试样支撑体、第二试样支撑体以及控制中心；所述第一试样支撑体与第二试样支撑体的结构完全相同；所述第一试样支撑体以及第二试样支撑体的内部均设置有用于提供支撑力的液压杆；所述控制中心通过导线分别与第一试样支撑体内部的液压杆以及第二试样支撑体内部的液压杆相连；所述第一试样支撑体设置在第一仿生夹具上；所述第二试样支撑体设置在第二仿生夹具上；待测试环状试样套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部；所述驱动机构通过第一仿生夹具和/或第二仿生夹具带动第一试样支撑体和/或第二试样支撑体对套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部的待测试环状试样的力学性能进行测试。作为优选，本专利技术所采用的第一试样支撑体或第二试样支撑体均包括基座、支撑架、固定槽、张紧触头、铰链、限位挡块、导轨以及导向架；所述基座固定设置在夹具上；所述液压杆通过支撑架固定设置在基座上；所述张紧触头的内表面设置有固定槽，所述液压杆的头部伸入固定槽中并通过固定槽向张紧触头提供支撑力；所述基座上设置有导向架；所述张紧触头的内表面通过铰链与导轨相连；所述导向架设置在导轨上并可沿导轨轴向与导轨相对运动；所述导轨上设置有用于对导向架进行限位的限位挡块；待测试环状试样套在第一试样支撑体的张紧触头的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头的外表面。作为优选，本专利技术所采用的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置还包括设置在第一试样支撑体或第二试样支撑体上的用于对待测试环状试样进行局部约束的局部约束机构。作为优选，本专利技术所采用的局部约束机构包括施加载荷手、行程开关、连杆、推块与推杆、气缸、气缸固定板以及底板；所述气缸通过气缸固定板固定设置在底板上；所述推块与推杆从气缸的端部伸出；所述施加载荷手通过连杆与推块与推杆相连；所述施加载荷手整体呈弧状；所述施加载荷手贴服于待测试环状试样外部；所述气缸通过推块与推杆以及连杆向施加载荷手提供支撑力；所述推块与推杆上设置有行程开关。作为优选，本专利技术所采用的工作容器包括自内而外依次设置的方形容器盖内层、方形容器盖中间层以及方形容器盖外层；所述方形容器盖内层采用PET或橡胶；所述方形容器盖中间层是真空层或保温层；所述方形容器盖外层是不锈钢或铝合金。作为优选，本专利技术所采用的环境调控机构包括分别设置在方形容器盖内层内表面上的温度传感器、发热管以及循环泵。作为优选，本专利技术所采用的驱动机构包括与第一仿生夹具相连的左拉杆以及与第二仿生夹具相连的右拉杆；所述左拉杆和/或右拉杆带动第一仿生夹具和/或第二仿生夹具移动。作为优选，本专利技术所采用的工作容器底部设置有圆形开关阀门。一种基于如前所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置进行的力学性能测试方法，所述方法包括以下步骤：1)根据生物组织在正常生命活动中的形状和运动方式，将生物组织试样裁剪成在体时的形状，得到待测试环状试样，将待测试环状试样按照实验需要套装在第一试样支撑体的张紧触头的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头的外表面，通过控制中心驱动液压杆，使待测试环状试样与张紧触头贴合；2)根据待测试环状试样在体时与其他组织的连接方式，在第一试样支撑体或第二试样支撑体上选择性安装局部约束机构；3)将力学性能测试实验所需的介质倒入工作容器内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、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；所述工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；所述仿生夹具至少包括第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）；所述第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）分别设置在工作容器的内壁上；所述力参数测量机构置于第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）上；所述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；待测试环状试样（24）置于仿生夹具上并通过仿生夹具支撑和固定；所述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（24）的力学性能进行测试。

【技术特征摘要】
1.一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、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；所述工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；所述仿生夹具至少包括第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）；所述第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）分别设置在工作容器的内壁上；所述力参数测量机构置于第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）上；所述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；待测试环状试样（24）置于仿生夹具上并通过仿生夹具支撑和固定；所述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（24）的力学性能进行测试。2.根据权利要求1所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述力参数测量机构至少包括第一试样支撑体、第二试样支撑体以及控制中心（23）；所述第一试样支撑体与第二试样支撑体的结构完全相同；所述第一试样支撑体以及第二试样支撑体的内部均设置有用于提供支撑力的液压杆（15）；所述控制中心（23）通过导线（22）分别与第一试样支撑体内部的液压杆（15）以及第二试样支撑体内部的液压杆（15）相连；所述第一试样支撑体设置在第一仿生夹具（2）上；所述第二试样支撑体设置在第二仿生夹具（8）上；待测试环状试样（24）套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部；所述驱动机构通过第一仿生夹具（2）和/或第二仿生夹具（8）带动第一试样支撑体和/或第二试样支撑体对套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部的待测试环状试样（24）的力学性能进行测试。3.根据权利要求2所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述第一试样支撑体或第二试样支撑体均包括基座（13）、支撑架（14）、固定槽（16）、张紧触头（17）、铰链（18）、限位挡块（19）、导轨（20）以及导向架（21）；所述基座（13）固定设置在夹具上；所述液压杆（15）通过支撑架（14）固定设置在基座（13）上；所述张紧触头（17）的内表面设置有固定槽（16），所述液压杆（15）的头部伸入固定槽（16）中并通过固定槽（16）向张紧触头（17）提供支撑力；所述基座（13）上设置有导向架（21）；所述张紧触头（17）的内表面通过铰链（18）与导轨（20）相连；所述导向架（21）设置在导轨（20）上并可沿导轨（20）轴向与导轨（20）相对运动；所述导轨（20）上设置有用于对导向架（21）进行限位的限位挡块（19）；待测试环状试样（24）套在第一试样支撑体的张紧触头（17）的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头（17）的外表面。4.根据权利要求3所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置还包括设置在第一试样支撑体或第二试样支撑体上的用于对待测试环状试样（24）进行局部约束的局部约束机构。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：田桂中，沈迪，周宏根，许琛，景旭文，李国超，刘金锋，李磊，李纯金，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32