加拿大Cellscale公司Biotester型

雙軸測試系統

A，高分辨率CCD攝像機提供同步視頻跟蹤和分析。

B，提供照明和鏡頭以捕捉出色的圖像質量。

C，我們的BioRake++方法可快速方便地安裝樣品。

D，集成的機器控制和數據收集非常緊湊，專為測試靈活性而設計。

E，高分辨率控制可對小樣本進行測量。

F，簡潔的USB接口，方便連接主機。

CellScale生物材料測試是精密生物材料和力學生物學測試系統的++++者，CellScale的產品正在全球30多個國家的+++學術和商業機構中使用。

CellScale的機械測試系統使研究人員能夠表征生物材料的力學性能，幫助研究人員發現疾病的原因，改善醫療和設備，推進再生醫學和其他基礎科學研究，從而改善人類健康。

Biotester軟組織力學測試系統-總代理 是一款雙軸拉伸測試系統。可對軟組織和生物材料進行定性研究測試，能實時捕捉材料的動態圖像并同步顯示，分析力與位移以及同步視頻圖像用于分析結果和驗證，所得數據可輸出為標準的電子表格，或者導入到分析軟件中進行分析。        

X、Y軸處于同一個平面上，能對平面組織進行單軸或雙軸拉力測量，位移和力控制、循環測試、蠕變、預加載和非等軸雙向加載都很容易規定。

夾具具有掛載梳或直接夾住的固定系統，多種測試模式可選。

應用領域：

Biotester軟組織力學測試系統-總代理 可用于生物組織、醫療器械、紡織品、橡膠材料、塑料薄膜、金屬、復合材料的研究。

在生物醫學研究領域，主要用于人工皮膚、人造血管、人++++、人工角膜、人工鞏膜、人工肌腱、人工++、人工軟組織、人工椎間盤、人工纖維環等生物材料的測試。

可用于橡膠、塑料、紡織品、布匹、紙張、薄膜等高分子材料的各向同性或者各向異性研究和測試，用于測量膜材強度、彈性模量等多種力學性質。

樣品要求：

測試樣本不小于3×3毫米，不大于15×15毫米，可以進行多模塊周期的、拉伸和松弛測試。

產品提供控溫浴槽，配備培養基加熱腔和溫度傳感器，以保持標本處于合適的生理條件。

產品特點：

由于生物材料定向取向的微觀結構,雙軸測試對于理解其機械性能而言是至關重要的。BioTester系統的設計使雙軸測試變得簡單，使用戶可以專注于結果而不是測試本身。

自2008年推出以來，隨著它的不斷改進和與世界各地用戶的合作深入，使該系統已經成為生物材料檢測的黃金標準。

BioTester匯集了生物材料質量檢測所需的所有++功能：

• 一個溫度控制的培養基槽，以保持標本處于合適的生理條件。

• 多種附著方法可支持多種樣品尺寸和特性。

• 用于非接觸應變測量和測試驗證的集成成像系統。

• 可拆卸和可清洗的組件易于清潔。

BioTester提供多種夾持方法。擁有++技術的BioRakes可快速準確地安裝小至3毫米的標本。系繩安裝系統讓每個附著點處受力均勻。夾具對于十字形試樣和單軸試驗非常有用。

掛載梳的每根尖齒都經過電化學銳化，可以輕松刺穿硬和脆弱的組織樣本，能進行磁力安裝，便于清潔或更換。

帶實時圖像和數據的可配置測試軟件：

易于使用的控制軟件為用戶提供了完整的測試規程控制。位移和力控制、循環測試、蠕變、預加載和非等軸雙向加載都很容易規定。所有測試參數都可以作為模板存儲以供將來使用。在測試過程中，軟件通過實時圖像和數據圖形向用戶提供持續的反饋。

機械測試的關鍵環節是對數據的理解。BioTester圖像分析軟件讓用戶可以查看測試圖像，數字追蹤樣本表面上的點，并量化局部應變場。通過追蹤多點組成的網格，可以研究樣品不同區域的應變。        

技術參數：

測試樣本        不小于3×3毫米，不大于15×15毫米，可以進行多模塊周期的、拉伸和松弛測試。手動升降機構，USB 接口

CCD 相機        集成的高分辨率CCD 相機可以為動態成像提供同步視頻跟蹤，速率不小于15 幀/秒，分辨率不小于1280*960。

壓力傳感器        0.5, 1.5, 2.5, 5, 10, 23N

力度傳導執行器        拉伸時大速率不小于10mm/s

應變率        對5mm樣本的大應變率不小于200%/S。

力度性        不小于力度傳感器容量的0.2%

空間分辨率        驅動器空間分辨率不小于 0.1um，圖像分析時的空間分辨率不大于1/8 pixel 。

數據速率        大數據速率為100Hz。

控溫浴槽        體積200 mL

掛載梳        五套，套適用于3.0-5.0mm樣品，第二套適用于5.5-7.5mm樣品，第三套適用于7.5-9.5mm樣品，第四套適用于9.0-11.0mm樣品，第五套適用于11.0-13.0mm樣品。電化學銳化，磁力安裝，齒間距從0.7毫米到2.2毫米

大循環頻率        2Hz

CellScale- BioTeste雙軸測試系統功能與應用：

隨著組織和關節方面的計算機建模越來越成為常規的定義復雜生物力學的常規方法，這些模型中包含的組織的力學性質必須準確，才能獲得有意義的結果。對于大多數計算組織模型的組織，所需的機械性能是通過測試組織在生理力學環境下的應力-應變關系。生物組織幾乎總是各向異性的，同時包含液相和固相，這兩個特點使得對生物組織的粘彈性和的材料特性的測量，變得比一般的傳統材料更為復雜。

                       試樣應力應變圖

 許多組織，在體內的力學環境下存在。有些負載沿一個軸，如跟腱，而另一些負載是沿多軸，比如動脈。為了反映體內組織負荷的情況，通過雙軸試驗確定材料的性能越來越普遍。到目前為止，雙軸測試已被用于評估不同的軟組織，包括皮膚、心肌、心包、半月板、主動脈、胸膜、鞏膜、纖維環、動脈、下腔靜脈等，CellScle公司的BioTester被設計用于對體內的變形超過1%、平面尺寸3-15毫米的軟組織樣本進行雙向力力學測試。雙軸向測試通常是在方形薄試樣上進行，通過夾具、耙或縫線在每個邊固定。然后，樣品通過兩個軸加載，同時使用在線負載傳感器記錄力的大小。在測試過程中，通過跟蹤表面應變或將致動器位移與原始樣本大小相比較來測量樣本應變。

一般的雙軸測量裝置

組織的應力應變響應可以用來確定其彈性模量。材料的彈性模量是材料的線彈性的表示。通過計算應力-應變曲線的線性區域的斜率可以找到它。

1、 水凝膠的機械力學特性

為再生醫學和組織工程的目的，一系列的從天然的到合成的生物材料水凝膠已經被描述和研究，每一種材料各有它們的具體優點和局限性。天然起源的水凝膠，如膠原蛋白或變性明膠，透明質酸和基質膠，已經被廣泛應用于商業化的細胞外基質（ECM）模擬，提供了促進細胞存活和細胞相互作用的生物環境。然而，這些材料組成的變化，及其復雜性和與細胞相互作用理解的不透徹，限制了其應用。此外，起源相關的安全問題，也限制了這些材料在醫學領域的使用。

使用合成技術獲得水凝膠，可以預測成分和調整特性，然而合成的水凝膠缺乏和細胞進行相互作用的生物活性線索。也有的研究人員將天然的與合成的水凝膠混合，已獲得具有協同效應的水凝膠。

在2D和3D的組織工程研究中，需要有良好機械力學特性的支架材料。電紡絲技術是一種有吸引力的形成三維支架材料的方法，但為了防止降解，必須在電紡絲進行化學交聯。還有的科研人員對水凝膠采用乙二醇等交聯劑，使天然的水凝膠形成網狀結構。

隨著3D生物打印技術的推廣和逐漸普及，以水凝膠為代表的生物材料的研發必將是熱點。水凝膠的機械力學性能，是評價水凝膠優劣的關鍵指標之一。

CellScale公司的Biotester雙向拉伸測試儀，能夠在X軸進行設定位移拉伸，在Y軸設定力學參數拉伸，并可以維持材料的溫度在37度，可以設定拉伸的速度、時間、拉伸大值以及循環次數等，全程高速相機保留拉伸記錄，并有專門的圖像分析軟件對保存圖像進行分析。

圖B 顯示用PEF交聯的水凝膠在不同明膠比例條件下，位移和雙向應力應變的關系圖

2、 股動脈本構參數的測量

股動脈（FPA）阻塞會降低血液流向下肢，引起的外周動脈疾病PAD是一個損害生活質量甚至導致死亡的重要因素。每個病人在PAD上面的花費甚至超過冠狀動脈疾病和腦血管疾病，主要是因為治療失敗需要重復性的治療。由于有超過45%的病人采用支架植入，結果導致超過一半的病人需要重新手術。

雖然臨床治療失敗的原因并不是很清楚，但股動脈在肢體屈伸中的變形肯定有重要的影響。股動脈承受著嚴重的彎曲、扭曲和壓縮，給++++材料和裝置帶來了嚴重挑戰。而且，如果材料和裝置不能適應這種屈伸，會帶來動脈損傷，損害細胞和生物化學功能，終導致再狹窄和治療失敗。

為此發展的具++人個性化特點的計算機模型，能有助于選擇合適的材料和裝置。但是，這些模型嚴重依賴于描述動脈行為的本構模型。目前在理論上可行的模型是Kamenskiy等在2014年發表的Holzapfel-Gasser-Ogden（HGO）模型，對縱向彈性蛋白和周向平滑肌細胞的描述，顯示了不同年齡組被動彈性股動脈性質的描述。這個模型的運用就需要測定八個本構參數，這八個參數的獲得需要通過Biotester雙向力學測試儀來得到。

對70-80歲老人的縱向彈性蛋白和周向平滑肌的雙向力學測試

3、 藥物引起的心臟和肺纖維化

越來越多的多巴胺類藥物，被用于帕金森等神經疾病的治療，以促進大腦內神經遞質的產生。多巴胺是神經胸痛藥物治療的靶標，在全身都有表達，但會更多的分泌表達在人體胃腸道和肺道，以及整個心血管系統，包括心肌和++++。因此，長期使用這些藥物可能會導致嚴重的病人發病率，通過藥物的非靶向作用，導致肺和心臟的纖維化等不良反應。

另外，麥角堿性藥物似乎也是特別有問題的一批減食欲劑和帕金森氏病治療藥物，這類藥物引起纖維化及++++腦的結構變化。

因此將各種體外生物模型經過藥物分子的作用，測試各種模型在藥物分子作用后的力學特點，以排斥能引起心臟和肺纖維化的藥物，顯得尤為重要。因此哈佛大學的Andrew K. Capulli等在NIT資金的資助下，借助CellSacle公司的BioTester等儀器進行了藥物對心臟纖維化影響的研究，發表了論文《Acute pergolide exposure stiffens engineered valve interstitial cell tissues and reduces contractility in vitro》。

在進行24小時的藥物處理后，用Biotester進行雙向拉伸力學測試，以確定藥物對組織剛度和強度的影響。

4、 ++++替代物研究

終末期++++病通常用++++置換來緩解因心臟病引起的心臟、肺部或全身問題，這些++++置換物提高了大多數病人的生存質量，但也有許多限制。主要的缺陷是不能和活體組織一起生長和修復，特別是對青春期處于快速發育階段的兒童，需要進行多次的++++更換。

++++組織工程尋求解決上述問題，已達到能適應人體發育需要，進行生長和適應。因此需要對++++進行一些里定量測試，包括生物機械力學測試，以評估組織工程瓣膜對不同發育階段的適應性。

5、腕管綜合征研究

迄今為止，對腕橫韌帶的雙軸彈性只進行了有限的研究，但腕橫韌帶是腕關節的重要結構，與腕管綜合征有直接關系。不同區域、方向和性別的人的腕橫韌帶在雙軸彈性模量上有差異，對這些參數的測試有助于改進計算機模型和本構方程，從而促進腕管綜合征的治療。

6、右心室力學研究

右心室衰竭是肺動脈高壓患者死亡的主要原因，具有高致殘率和死亡率，然而右心室收到的力學負載非常復雜，本身的結構也很復雜，目前對其機械力學特性的理解還遠遠不能給臨床診斷和治療提供有力支撐。生物被動力學性能測定的現行標準方法

當前測試生物樣品的機械力學特性的標準方法，是采用雙軸加載和應變測量裝置。通過使用雙向力學測試系統，可以建立生物組織的本構模型（應力-應變關系）和測定其力學性能變化。

BioTester與超聲掃描聯合作用，對右心室壁進行三維測試。

Biotester關鍵字：

雙軸力學性能，應力松弛行為，豬房室++++小葉，應變效應，膠原蛋白，++++組織，生物力學性能，骨小梁微結構，乳頭肌，心肌，人心臟，機械行為，半月形++++，雙軸變形，特定層的組織生物力學，豬房室瓣前小葉，電紡超分子血管支架，機械損傷表征，人腎小動脈，循環應變，細胞外基質轉變。基于圖像的軟材料和生物組織力學特性，單軸環試驗分析，自體心包變化，瓣膜重建，組織水平力學性能，細胞外基質研究，牛頸靜脈瓣膜組織，區域雙軸力學，三尖瓣前葉，三尖瓣瓣膜，生物力學建模，雙軸力學行為，豬房室++++小葉，牛大隱靜脈瓣膜小葉，鈣化，人股pop動脈，動脈僵硬度，小腦血管生物力學梁，增生裂片，左側房室瓣膜，劇烈的等距運動，穿刺，凍干組織工程血管基質，個性化主動脈根，頸總動脈，皮膚細胞外基質，傷口愈合，粘彈性行為，層間基質，椎間盤纖維環，徑向和周向加載方向，組織工程++++，壓力誘導骨折，豬脊柱，纖維環，雙電紡超分子聚合物，豬皮質腦膜，粘彈性，彈性纖維網絡，層間基質，纖維環，椎間盤，初始支架厚度，機械平衡，工程性心血管組織，平面雙軸測試，耙，薄片，腰椎間盤突出癥，機械穩健的冰晶石，脂肪組織工程學，生物力學表征，人硬腦膜，水凝膠，聚己內酯模型，主動脈瓣組織，雙軸變形，剪切應力，血管移植，各向異性力學性能，豬房室瓣膜，雙軸力學數據，豬房室瓣葉，雙軸力學特性，房室瓣膜，雙軸實驗，電彈性體，雙軸力學性能，牛頸靜脈瓣膜瓣葉組織，股動脈支架，軸向和徑向壓縮，軸向張力，彎曲，扭轉變形，本構模型，人股動脈，本構模型，頸靜脈，靜脈瓣葉，超彈性小管，心小管，軟復合材料工程，生物可吸收的彈性體植入物，仿生++++，肢體扭曲，人動脈，電紡水凝膠支架，無損力學表征，膨脹測試，血栓形成，腹主動脈瘤破裂，椎旁肌肉被動剛度改建，脊柱剛度，纖維束，人腰椎纖維，尿道膀胱，胃腸道組織，泌尿道重建，羊膜，椎間盤突出癥瓣膜，低溫保存的人++++，++++組織工程，雙軸定量，深層橫腕韌帶，生物力學表征，升主動脈瘤，生物力學特性，心臟腔室微結構，綿羊模型，各向異性++++，有限元逆分析，人類股動脈，親水性納米復合材料涂層，硅酮水凝膠，脫細胞組織工程++++，葉片回縮，雙向拉伸測試，豬頸動脈，調節纖維取向，應變控制酶促降解，納米復合涂層，血管臺式模型，環纖維化，循環雙軸拉伸載荷，平面雙軸測試，++++置換，平面雙軸測試，軟生物組織，生物聚合物納米纖維，耦合剛度，纖維取向重塑，右心室心肌，雙軸測試，椎間盤老化，層間基質，脂肪衍生的組織工程性++++，雙軸應力，++++小葉，等軸線

CellScale公司Biotester平面雙軸測試系統-全國代理

平面雙軸測試系統是一款雙軸拉伸測試系統。可對軟組織和生物材料進行定性研究測試，能實時捕捉材料的動態圖像并同步顯示，分析力與位移以及同步視頻圖像用于分析結果和驗證，所得數據可輸出為標準的電子表格，或者導入到分析軟件中進行分析。

X、Y軸處于同一個平面上，能對平面組織進行單軸或雙軸拉力測量，位移和力控制、循環測試、蠕變、預加載和非等軸雙向加載都很容易規定。

夾具具有掛載梳或直接夾住的固定系統，多種測試模式可選。

研究課題：大豆蛋白質/纖維素納米纖維支架模擬皮膚胞外基質，增強愈傷能力

研究背景：

       長期以來，大豆蛋白及其提取物因其高蛋白、高礦物質含量的特點被廣泛用于食品領域。近，研究發現大豆蛋白質還有一些潛在的有益健康的特性（如增加皮膚再生能力）。大豆蛋白質含有一些與胞外基質（ECM）和雌激素類似的生物活性因子，是動物蛋白和內源性雌激素的便宜替代物，既可口服也可局部用藥。以大豆蛋白為基礎生產的++++可模擬ECM微環境，并可保持環境濕潤，但制造這些纖維仍存在很多困難。

研究思路：

       使用旋轉噴射紡絲（RJS）的方法開發全植物基（醋酸纖維（CA）和大豆蛋白水解物（SPH））的納米++++，研究其理化性質及在傷口愈合過程中的生物學功能。

研究方法：

1、將CA與CA/SPH按不同配比混合，溶于六氟異丙醇（HFIP），RJS法制作成納米纖維材料。若要培養細胞，則在蓋玻片上制作材料，紫外照射滅菌。