3D打印生物材料微小力学性能自动测量系统的设计

背景：在现有的组织工程支架评价体系中,需要在多个方面测试支架的力学强度以保证其可以满足临床应用的要求,但由于生物复合材料的力学性能测量是一个微小变形的测量,目前市面上很难有专业的测量仪器满足测试的精度要求,常用的硬度仪或拉伸实验仪也难以达到支架力学性能的要求。目的：开发研究一款具有自动检测硬度和韧性的测试系统来检测生物支架的力学性能。方法：研发的测试系统采用两组差动电桥分别实现应力和应变的输出,在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学实验,获取材料的各项力学性能。针对复合生物材料的特殊性,通过对纳米纤维素和聚己内酯组成的生物复合材料进行设备的测试来验证该测试系统能否满足要求。结果与结论：实验开发研究的测试系统能够准确测量生物材料支架的力学性能,将被测支架的“力-位移”加载曲线斜率作为支架的韧性/硬度的表征,能够直观反映支架力学性能的好坏,同时该测试系统的精度能够达到0.1μm,这对3D生物打印技术运用到组织修复的建立具有理论依据和应用价值。     

基于仿生物理模型的半规管壶腹嵴顶变形

目的 探讨人类半规管在3种基本旋转感知过程中的生物力学响应。方法 采用3D打印技术及水凝胶物理交联技术成功制备了与人体等比例的一维可视化半规管物理模型,并通过施加恒定角速度刺激、恒定角加速度刺激以及正弦摆动刺激来探究嵴顶的响应变形情况。结果 仿生半规管模型的时间常数基本稳定在3 s左右,且与人体时间常数数值接近,壶腹嵴顶运动的位移变形与施加的角加速度成正比;在0.07~5.00 Hz正弦摆动刺激下,半规管的增益从1.54 μm/°上升到42.34 μm/°,但相位差从109.72°下降到11.27°。结论 制备的仿生半规管模型能够准确模拟人体半规管的工作机制,有望在人体前庭半规管的机理研究和疾病诊断中发挥一定作用。