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在當今世界，高分子材料的應用范圍越來越廣泛。其中，水凝膠作為一種具有良好生物相容性、物化性能、高吸水性、高保水性等特質的高分子材料，正逐漸成為組織工程、生物醫藥、軟電子等行業的研究熱點。特別是在生物醫藥材料方面，水凝膠的應用領域非常廣泛，可以用作藥物載體、組織粘合劑、傷口輔料等。
本文介紹倆種測量水凝膠力學性能儀器
一、水凝膠納米壓痕儀
Piuma是功能強大的臺式儀器，可探索水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機械特性。表征尺度從宏觀直至細胞。專為分析測試軟材料而設計，測量復雜和不規則材料在生理條件下的力學性能。杭州軒轅科技有限公司
● 內置攝像鏡頭，方便實時觀察樣品臺
● 實時分析計算測量結果，原始數據并將以文本文件存儲，方便任何時候導入Dataviewer軟件進行復雜處理
● 探針經過預先校準，即插即用。對于時間敏感的樣品確保了快速測量
● 光纖干涉MEMS技術能夠以無損的方式測量即使是最軟的材料，并保證分辨率。同時探針可以重復使用Piuma軒轅納米壓痕儀Piuma軒轅納米壓痕儀
| 模量測試范圍 | 5 Pa - 1 GPa |
| 探頭懸臂剛度 | 0.025 - 200 N/m |
| 探頭尺寸(半徑) | 3 - 250 μm |
| 最大壓痕深度 | 100 μm |
| 傳感器最大容量 | 200 |
| 測試環境 | air, liquid (buffer/medium) |
| 粗調行程 | X*Y：12×12 mm Z：12 mm |
加載模式 | Displacement / Load* / Indentation* |
| 測試類型 | 準靜態(單點，矩陣) 蠕變，應力松弛 DMA動態掃描 (E', E'', tanδ) |
| 動態掃描頻率* | 0.1 - 10 Hz |
| 內置擬合模型 | Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR) |
| *為可選升級配置 | |
新型光纖干涉式懸臂梁探頭，利用干涉儀來監測懸臂梁形變。
創新型光纖探頭，彌補了傳統納米壓痕儀無法測試軟物質的問題，也解決了AFM在力學測試中的波動大，操作困難、制樣嚴苛等常見缺陷。
● 背景噪音低：激光干涉儀抗干擾強于AFM反射光路
● 制樣更簡單：對樣品的粗糙度寬容度高于AFM
● 剛度選擇更準確：平行懸臂梁結構有利于準確判別壓痕深度與壓電陶瓷位移比例關系，便于選擇合適剛度探頭來保證彈性形變關系的穩定性，進而獲得重復率更高、準確性更好的數據
● 借助功能強大而易于操作的軟件，用戶可以自由控制壓痕程序（載荷、位移等）。自動處理曲線的流程，可以獲得數據和結果的快速分析
● 原始參數完整txt導出，便于后續復雜處理的需要
● 利用Hertz接觸模型從加載部分計算彈性模量，與常用的Oliver&Pharr方法相比，更為適合生物組織和軟物質材料特性
| 年 份 | 期 刊 | 題 目 |
|---|---|---|
| 2022 | Advanced Functional Materials | Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement |
| 2022 | Biomaterials | Hydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids |
| 2021 | Biofabrication | 3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink |
| 2021 | nature communications | Janus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration |
| 2020 | Environmental Science & Technology | Effect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties |
| 2020 | Acta Biomaterialia | A multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas |
二、生物軟組織萬能試驗機
UniVert S2力學試驗機是各種機械測試應用的理想選擇，它的占地面積小，價格合理，使用戶可以隨時隨地進行測試。易于使用的軟件和可互換的組件使得系統無需大量的培訓或督導即可使用。 該系統能夠承受高達200N的拉伸、壓縮和彎曲測試。各種夾具和固定裝置可用于適應不同的標本和測試模式。UniVert生物微力學測試儀UniVert生物微力學測試儀
●小體量即可進行質量好、性價比高的測試
●夾具和加載傳感器的變化易于操作，可以適應各種用途。
●使用基于圖像的應變測量工具，可實現高分辨率CCD成像（可選）
●功能齊全的用戶界面軟件，可通過實時反饋進行簡單、循環、松弛和多模式測試
| UniVert | UniVert S2 | UniVert 1KN | |
| 尺寸（cm） | 22x22x54 | 22x22x54 | 30x22x60 |
| 重量（kg） | 8 | 8 | 20 |
| 傳感器最大容量（N） | 200 | 200 | 1000 |
| 傳感器范圍（N） | 0.5-200 | 0.5-200 | 0.5-1000 |
| 傳感器精度 | 0.2% | 0.2% | 0.2% |
| 行程（mm） | 300 | 300 | 300 |
最大速度（mm/s） | 20 | 100 | 20 |
| 最快循環頻率 | 2 | 10 | 2 |
| 最高采樣速率 | 100 | 500 | 100 |
UniVert系統可配備溫度控制液池，以確保敏感生物材料在適當條件下進行測試。
UniVert系統可以使用集成的數字圖像相關法(Digital Image Correlation, 縮寫DIC)測量樣本應變。
利用UniVert S2力學試驗機的所有優點，實現高達1kN的力。兼容垂直和水平液池、成像和非接觸應變測量以及剪切、扭轉或壓力。
拉伸測試 試樣: 彈性聚合物材料 壓縮測試 試樣：非彈性陶瓷球 彎曲測試 試樣: 人造骨
剪切、扭轉和壓力可以添加到主要測試軸向上，以測試各種試樣。這些執行器和傳感器與設備控制器、軟件和數據輸出無縫集成。UniVert試驗機（拉伸、壓縮、彎曲）UniVert試驗機（拉伸、壓縮、彎曲）
年 | 標題 |
2014 | 核黃素在角膜基質內交聯中的應用 |
2016 | 加速制備脫細胞骨骼肌支架的輸液生物反應器的研制 |
2016 | 充氣角膜變形材料特性的數值模擬 |
2016 | 非均質人體角質層的整體力學性質及多尺度破壞力學 |
2017 | 印制天線和互連線用高變形導電跡線：三乙醇胺摻雜銀/氟聚合物復合材料 |
2017 | 在右旋糖酐溶液或羥丙基甲基纖維素中使用核黃素進行角膜交聯后的生物力學特性。 |
2017 | 為骨和軟骨組織工程開發具有可控氧分壓位置變異性的定制灌注生物反應器原型。 |
2017 | 柔性射頻天線和應變傳感器用3d打印彈性體上的自增強石墨烯涂層 |
2018 | 新型Gelma-Phema水凝膠神經導管治療周圍神經損傷 |
2018 | 相對濕度對氧化鋯/Nafion®納米復合膜力學強度的影響。 |
2018 | 柑橘果膠/絲素功能化皮膚組織工程支架的制備。 |
2018 | 陰離子絲素衍生多肽對絲素蛋白的功能化 |
2018 | 眼內光黏結可調節人工體功能 |
2018 | Nafion®/Zro2納米復合膜的力學強度 |
2018 | 激光粉末床熔凝316l不銹鋼立桿的組織與性能 |
2018 | 一步法制備磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架 |
2018 | 磷灰石-殼聚糖支架的一步法制備及其在骨組織工程中的應用。 |
2018 | 可定制周圍神經引導導管的快速連續3d打印 |
