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在当今世界，高分子材料的应用范围越来越广泛。其中，水凝胶作为一种具有良好生物相容性、物化性能、高吸水性、高保水性等特质的高分子材料，正逐渐成为组织工程、生物医药、软电子等行业的研究热点。特别是在生物医药材料方面，水凝胶的应用领域非常广泛，可以用作药物载体、组织粘合剂、伤口辅料等。
本文介绍俩种测量水凝胶力学性能仪器
一、水凝胶纳米压痕仪
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
● 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
| 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 | |
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。
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
● 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
| 年 份 | 期 刊 | 题 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、生物软组织万能试验机
UniVert 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
●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
| UniVert | UniVert S2 | UniVert 1KN | |
| 尺寸（cm） | 22x22x54 | 22x22x54 | 30x22x60 |
| 重量（kg） | 8 | 8 | 20 |
| 传感器最大容量（N） | 200 | 200 | 1000 |
| 传感器范围（N） | 0.5-200 | 0.5-200 | 0.5-1000 |
| 传感器精度 | 0.2% | 0.2% | 0.2% |
| 行程（mm） | 300 | 300 | 300 |
最大速度（mm/s） | 20 | 100 | 20 |
| 最快循环频率 | 2 | 10 | 2 |
| 最高采样速率 | 100 | 500 | 100 |
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。
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。
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。
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
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）
年 | 标题 |
2014 | 核黄素在角膜基质内交联中的应用 |
2016 | 加速制备脱细胞骨骼肌支架的输液生物反应器的研制 |
2016 | 充气角膜变形材料特性的数值模拟 |
2016 | 非均质人体角质层的整体力学性质及多尺度破坏力学 |
2017 | 印制天线和互连线用高变形导电迹线：三乙醇胺掺杂银/氟聚合物复合材料 |
2017 | 在右旋糖酐溶液或羟丙基甲基纤维素中使用核黄素进行角膜交联后的生物力学特性。 |
2017 | 为骨和软骨组织工程开发具有可控氧分压位置变异性的定制灌注生物反应器原型。 |
2017 | 柔性射频天线和应变传感器用3d打印弹性体上的自增强石墨烯涂层 |
2018 | 新型Gelma-Phema水凝胶神经导管治疗周围神经损伤 |
2018 | 相对湿度对氧化锆/Nafion®纳米复合膜力学强度的影响。 |
2018 | 柑橘果胶/丝素功能化皮肤组织工程支架的制备。 |
2018 | 阴离子丝素衍生多肽对丝素蛋白的功能化 |
2018 | 眼内光黏结可调节人工体功能 |
2018 | Nafion®/Zro2纳米复合膜的力学强度 |
2018 | 激光粉末床熔凝316l不锈钢立杆的组织与性能 |
2018 | 一步法制备磷灰石-壳聚糖骨组织工程支架 |
2018 | 磷灰石-壳聚糖支架的一步法制备及其在骨组织工程中的应用。 |
2018 | 可定制周围神经引导导管的快速连续3d打印 |
