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行業(yè)應(yīng)用 | 生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的納米壓痕儀應(yīng)用

安東帕 2024-07-12 | 閱讀：731

力學(xué)性能表征對(duì)生物醫(yī)學(xué)和生物材料的研發(fā)有重要的作用。對(duì)于許多生物材料,，有時(shí)不得不在非常局部或相對(duì)較小的區(qū)域內(nèi)研究其力學(xué)性能,。此外,，臨床前研究通常在小動(dòng)物模型（如大鼠或小鼠）上進(jìn)行,。因此，測(cè)試方法必須適用于局部區(qū)域測(cè)試,，以便在如此小的樣本上也可以進(jìn)行檢測(cè),。最近幾年引入生物醫(yī)學(xué)的納米壓痕技術(shù)尤其適用于這類表征,。本應(yīng)用報(bào)告展示了納米壓痕在骨骼、牙齒和隱形眼鏡性能測(cè)試中的一些應(yīng)用

在過去的幾十年里,，生物材料的力學(xué)性能表征已成為其重要的發(fā)展需求,。研究人員和工程師有興趣了解生物材料（軟組織和硬組織、骨骼,、肌腱,、軟骨、牙齒等）和人工（人造）生物材料（植入物,、可溶解縫合線,、永久或臨時(shí)性的支架等）的力學(xué)性能。了解組織和器官等生物材料的力學(xué)性能對(duì)于開發(fā)人體內(nèi)的新材料和組織以及評(píng)估不同醫(yī)療方法的效果是必要的,。

在以上許多應(yīng)用中,，需要去研究相對(duì)較小的局部區(qū)域內(nèi)的表面力學(xué)性能，此外,，臨床前研究通常在小動(dòng)物模型（如大鼠或小鼠）上進(jìn)行,。測(cè)試方法必須適用于局部區(qū)域測(cè)試，以便在如此小的樣本上也可以輕松進(jìn)行檢測(cè),。

納米壓痕技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了大約二十年,。若干研究人員使用這種方法研究骨關(guān)節(jié)炎或不同營養(yǎng)方案對(duì)骨骼力學(xué)性能的影響。納米壓痕技術(shù)非常有用,，主要是因?yàn)榕c表征骨骼整體結(jié)構(gòu)性能的宏觀拉伸或壓縮測(cè)試相比,，它提供了骨骼中不同組織的微觀力學(xué)性能。壓痕表征材料的局部特性在研究藥物治療或病變的效果時(shí)極其重要,，因?yàn)檫@些處理方式通常會(huì)導(dǎo)致生物材料局部剛度的變化,。

只有對(duì)健康骨骼結(jié)構(gòu)的特性有很好的了解，才能在相應(yīng)的藥物治療中取得好的效果,。因此,，除了對(duì)治療過的骨骼進(jìn)行測(cè)試外，還必須對(duì)健康骨骼進(jìn)行類似的測(cè)試,。此外,，測(cè)試參數(shù)應(yīng)該滿足對(duì)應(yīng)壓痕測(cè)試的材料體積總是相同的（或至少非常相似）且代表可以觀察到處理結(jié)果的相關(guān)的結(jié)構(gòu)單元。

牙釉質(zhì)是另一種通過納米壓痕測(cè)試進(jìn)行研究的材料,。納米壓痕技術(shù)確實(shí)是對(duì)這種小樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的最適合的方法之一,。

盡管硬質(zhì)生物材料或生物體材料的納米壓痕測(cè)試代表了很大一部分的局部力學(xué)測(cè)試，但在越來越多的應(yīng)用中,，需要測(cè)量更軟的（生物）材料,。這些軟材料可以具有遠(yuǎn)低于 100MPa 的彈性模量，并且經(jīng)常必須保持在流體中,。此外,，它們的表面可能不平整，無法通過標(biāo)準(zhǔn)方法（如切割或拋光）進(jìn)行制備,。這種軟材料的一個(gè)典型例子是關(guān)節(jié)軟骨,。最近針對(duì)各種類型的支架對(duì)軟骨再生的影響，開展了廣泛的研究,。

柔性隱形眼鏡因其使用簡單,、成本低廉而被許多人在日常生活中使用。不同隱形眼鏡的剛度（以彈性模量表示）和最終蠕變可能會(huì)因所用材料的類型不同而顯著變化,。材料的選擇受到光學(xué)性能,、佩戴舒適性或鏡片使用時(shí)間的影響。隱形眼鏡的剛度可以使用生物壓痕儀進(jìn)行局部測(cè)量,，該生物壓痕儀能兼容在液體中進(jìn)行測(cè)試,。

儀器壓痕是一種表征生物醫(yī)學(xué)和生物體材料局部力學(xué)性能的新技術(shù)。安東帕儀器化壓痕測(cè)試的優(yōu)勢(shì)是可以測(cè)試硬質(zhì)和軟質(zhì)生物材料和生物體材料的硬度和彈性模量,。納米壓痕測(cè)試儀適用于許多類型材料的局部力學(xué)分析,，比如干燥的或浸泡在液體中的，硬的或軟的材料都可以被測(cè)試,。