本實(shí)用新型涉及生物力學(xué)性能測試領(lǐng)域，特別是涉及一種用于活性生物組織雙軸拉伸的測試裝置及在其他軟材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在虛擬手術(shù)物理建模中，精確的物理模型對手術(shù)模擬的可靠性是至關(guān)重要的，構(gòu)建合理而精確的本構(gòu)方程是物理模型的基礎(chǔ)，由于生物組織的各向異性，雙向拉伸實(shí)驗(yàn)可以用于測量生物組織材料的各向力學(xué)行為及材料性能來確定本構(gòu)方程。另一方面，在生物組織離體力學(xué)性能測試中，離體生物組織的活性無法保證一直是測試中的難題。

現(xiàn)有的雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)裝置存在明顯的不足和局限性，有些專門測量材料力學(xué)性能的雙軸拉伸裝置無法適用于活性生物組織的測試，如申請公開號是CN105092371A,CN102645371A,CN104913974A等實(shí)用新型專利。其中申請公開號是CN105092371A的實(shí)用新型提出了一種拉伸比例可調(diào)式雙軸拉伸夾具，包括底座、拉伸板和安裝板，左右底座上安裝左右導(dǎo)向柱，調(diào)節(jié)導(dǎo)向柱可以改變雙軸拉伸的比例。該實(shí)用新型擁有拉伸精度高，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)用范疇局限在復(fù)合材料等，無法適用于活性生物組織材料。

申請公開號CN102645371A的實(shí)用新型專利公開的一種雙軸拉伸試驗(yàn)裝置，包括機(jī)架、第一絲桿、第二絲杠、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在每一組拉伸方向上采用了兩側(cè)不同旋度的同一根滾珠絲杠，可以有效的實(shí)現(xiàn)對試件不同比例的雙向拉伸，且提高了測試結(jié)果的精度。盡管上述實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很合理，但是實(shí)用新型無法應(yīng)用于活性生物組織的測試。申請公開號CN104913974A的實(shí)用新型涉及到材料微觀力學(xué)性能雙軸拉伸-疲勞測試系統(tǒng)，由精密加載-傳動(dòng)單元、疲勞單元、力學(xué)和變形信號檢測單元、試件夾持單元等部分組成，可以分別實(shí)現(xiàn)單軸拉伸測試、雙軸拉伸測試、疲勞測試等，且與光學(xué)顯微鏡有良好的兼容性，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與變形損傷機(jī)制等規(guī)律。盡管該實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)單雙軸拉伸及疲勞測試，但是實(shí)用新型無法應(yīng)用于活性生物組織的測試。

針對以上各個(gè)實(shí)用新型專利的弊端和不足，現(xiàn)提出一種用于活性生物組織雙軸拉伸的測試裝置。

通過以上的檢索發(fā)現(xiàn)，以上技術(shù)方案不能影響本實(shí)用新型的新穎性；并且以上專利文件的相互組合不能破壞本實(shí)用新型的創(chuàng)造性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種可以對活性生物組織進(jìn)行離體單、雙軸拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)的拉伸測試平臺。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種用于活性生物組織雙軸拉伸的測試裝置,包括溶液箱，在所述的溶液箱頂部四角設(shè)有四個(gè)減少溶液蒸發(fā)的擋板，溶液箱內(nèi)部裝有保持生物組織活性的PBS緩沖溶液，溶液箱底部設(shè)有用于放置防水?dāng)z像頭的圓柱形鏡頭槽；在所述的擋板的上設(shè)有一個(gè)支撐架，所述的支撐架的四個(gè)方向上各自固定有一個(gè)伺服缸，每個(gè)伺服缸前端依次與力傳感器、連接件相連，四個(gè)連接件分別與豎向設(shè)置在溶液箱內(nèi)部的四個(gè)長杠桿上部連接，四個(gè)長杠桿中部連接起支點(diǎn)作用的中部支板，四個(gè)長杠桿下部各自連接用于固定生物組織的夾具。

進(jìn)一步,所述的溶液箱為一個(gè)由一塊PMMA底板和四塊PMMA側(cè)板粘接而成的頂部開口箱體，底板上粘接圓柱形鏡頭槽，用于安放防水?dāng)z像頭，以便拍攝雙軸拉伸生物活性組織的變形情況。溶液箱中加入適量PBS緩沖溶液，用于保持生物組織活性。

進(jìn)一步，所述的擋板由一個(gè)PMMA頂板和兩個(gè)相互垂直的PMMA側(cè)板粘接而成，其分別與溶液箱的四個(gè)角相互配合，當(dāng)四個(gè)擋板安裝在溶液箱的四個(gè)角時(shí)，四個(gè)擋板的頂板在溶液箱的頂部形成一個(gè)十字形縫隙，所述擋板的作用是減少溶液箱中溶液的揮發(fā)，同時(shí)防止溶液濺射到支撐架上。

進(jìn)一步，所述的支撐架為一個(gè)由回字形箱體構(gòu)成的支撐體，內(nèi)部安放控制線路，四邊中線處上方均有伺服缸通過螺栓固定，伺服缸的伸縮桿前端與力傳感器和連接件依次相連，由控制器控制伺服缸推動(dòng)連接件伸出相同距離，并實(shí)時(shí)測量所受力的變化。在雙軸試驗(yàn)時(shí)驅(qū)使四個(gè)伺服缸同時(shí)伸出等距離；在單軸實(shí)驗(yàn)時(shí)驅(qū)使其中兩個(gè)對稱的伺服缸同時(shí)伸出相等的長度。

進(jìn)一步，所述的長杠桿為四個(gè)由長條狀鋁合金板打孔而成的杠桿，其中頂部鉸接孔通過螺栓連接連接件，底部鉸接孔通過螺栓連接夾具，中部打出多個(gè)等距離鉸接孔并通過螺栓連接所述的中部支板，通過不同的鉸接孔與中部支板相鉸接能適應(yīng)不同大小的生物活性材料的雙軸拉伸試驗(yàn)，同時(shí)也由于杠桿原理，可以施加更為精確的位移。當(dāng)伺服缸推動(dòng)力傳感器和連接件伸出時(shí)，連接件推動(dòng)長杠桿，以中部支板為支點(diǎn)對底部夾具夾持的活性生物組織進(jìn)行拉伸。

進(jìn)一步，所述的中部支板為一個(gè)由一塊正方形鋁合金板和四個(gè)連接件在四邊中點(diǎn)處焊接而成的零件，其作用是當(dāng)作四個(gè)長杠桿的支點(diǎn)，對長杠桿底部的活性生物組織進(jìn)行拉伸。

進(jìn)一步，所述的夾具為四個(gè)由PLA材料制成的夾具，其結(jié)構(gòu)為一個(gè)U 型結(jié)構(gòu)，U 型結(jié)構(gòu)的開口端進(jìn)行活性生物組織的夾持，在開口端兩側(cè)通過螺栓固定活性生物組織，U 型結(jié)構(gòu)的非開口端通過螺栓與長杠桿底端固定，夾具隨著長杠桿角度變化保持拉伸過程中活性生物組織的平衡。

進(jìn)一步的，前面所述的雙軸拉伸的測試裝置在軟材料拉伸實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1、裝置構(gòu)造簡單，可拆卸便于加工及維護(hù)，能夠方便的完成試驗(yàn)任務(wù)。

2、本實(shí)用新型能夠有效的實(shí)現(xiàn)對生物活性組織進(jìn)行單軸、雙軸拉伸試驗(yàn)任

務(wù)同時(shí)保證生物組織的活性；具體的，在雙軸試驗(yàn)時(shí)，控制器驅(qū)使四個(gè)伺服缸同時(shí)伸出等距離；在單軸實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制器驅(qū)使其中兩個(gè)對稱的伺服缸同時(shí)伸出相等的長度。

3、由于運(yùn)用杠桿原理，通過中部支板鉸接長杠桿上不同位置的鉸接孔，可

以施加更為精確的位移，具有足夠的加載精度。

4、當(dāng)溶液箱空置時(shí)，裝置也可以進(jìn)行其他軟材料的單、雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為溶液箱俯視圖。

圖4為夾具的結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、溶液箱；2、擋板；3、支撐架；4、伺服缸；5、力傳感器；6、連接件；7、長杠桿；8、中部支板；9、夾具；10、鏡頭槽。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不對本實(shí)用新型的保護(hù)范圍有任何的限制。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本實(shí)用新型所述的雙周拉伸試驗(yàn)裝置包括溶液箱，在所述的溶液箱頂部四角設(shè)有四個(gè)減少溶液蒸發(fā)的擋板，溶液箱內(nèi)部裝有保持生物組織活性的PBS緩沖溶液，溶液箱底部設(shè)有用于放置防水?dāng)z像頭的圓柱形鏡頭槽；在所述的擋板的上設(shè)有一個(gè)支撐架，所述的支撐架的四個(gè)方向上各自固定有一個(gè)伺服缸，每個(gè)伺服缸前端依次與力傳感器、連接件相連，四個(gè)連接件分別與豎向設(shè)置在溶液箱內(nèi)部的四個(gè)長杠桿上部連接，四個(gè)長杠桿中部連接起支點(diǎn)作用的中部支板，四個(gè)長杠桿下部各自連接用于固定拉伸物的夾具。

具體的，分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實(shí)用新型以拉伸活性生物組織為例，對本實(shí)用新型公開的雙軸拉伸的測試裝置，進(jìn)行具體說明：其包括溶液箱1、擋板2、支撐架3、伺服缸4、力傳感器5、連接件6、長杠桿7、中部支板8、夾具9、鏡頭槽10；

整體的結(jié)構(gòu)為：溶液箱1頂部四角設(shè)有四個(gè)減少溶液蒸發(fā)的擋板2，溶液箱1內(nèi)部裝有保持生物組織活性的PBS緩沖溶液，溶液箱1底部設(shè)有用于放置防水?dāng)z像頭的圓柱形鏡頭槽10；在溶液箱1上方為支撐架3，支撐架3上通過螺栓固定四個(gè)伺服缸4，通過控制器控制伺服缸4按照不同的實(shí)驗(yàn)移動(dòng)設(shè)定的距離，每個(gè)伺服缸4前端依次與力傳感器5、連接件6相連，四個(gè)連接件6分別各自與四個(gè)長杠桿7上部通過螺栓連接，四個(gè)長杠桿7中部通過螺栓共同一個(gè)連接起支點(diǎn)作用的中部支板8，四個(gè)長杠桿7下部各自通過螺栓連接一個(gè)用于固定生物組織的夾具9四個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)完全不同。

其中,溶液箱1為一個(gè)由一塊PMMA底板和四塊PMMA側(cè)板粘接而成的開口箱體，底板上粘接圓柱形鏡頭槽10，用于安放防水?dāng)z像頭，以便拍攝雙軸拉伸生物活性組織的變形情況。

具體的，圓柱形鏡頭槽10在底板上的位置正好與擋板2形成的十字形縫隙的中心位置上下相對，且攝像頭的鏡頭正對生物活性組織。

溶液箱1中加入適量PBS緩沖溶液，用于保持生物組織活性。

進(jìn)一步的，擋板2由一個(gè)PMMA頂板和兩個(gè)PMMA側(cè)板粘接可與溶液箱配合，兩個(gè)PMMA側(cè)板相互垂直，PMMA頂板設(shè)置在側(cè)板的頂部；三塊板子形成的垂直角正好與溶液箱的角配合，當(dāng)溶液箱配合四個(gè)擋板2時(shí)，在溶液箱1的頂部形成了一個(gè)十字形縫隙，如此設(shè)置擋板2的作用是減少溶液箱中溶液的揮發(fā)，同時(shí)防止溶液濺射到支撐架3上。

進(jìn)一步的，支撐架3為一個(gè)由回字形箱體構(gòu)成的支撐體，內(nèi)部安放控制線路，支撐體頂部四個(gè)面（東、西、南、北面）上中線處上方均有伺服缸4通過螺栓固定，伺服缸4伸縮桿前端與力傳感器5和連接件6依次相連，由控制器控制伺服缸4推動(dòng)連接件6伸出相同距離，并實(shí)時(shí)測量所受力的變化。

在雙軸試驗(yàn)時(shí)驅(qū)使四個(gè)伺服缸4同時(shí)伸出等距離；在單軸實(shí)驗(yàn)時(shí)驅(qū)使其中兩個(gè)對稱的伺服缸4同時(shí)伸出相等的長度。

進(jìn)一步的，長杠桿7為四個(gè)由長條狀鋁合金板打孔而成的杠桿，其中頂部鉸接孔通過螺栓連接連接件6，底部鉸接孔通過螺栓連接夾具9，中部打出多個(gè)等距離鉸接孔并通過螺栓連接所述的中部支板8，通過不同的鉸接孔與中部支板8相鉸接能適應(yīng)不同大小的生物活性組織的雙軸拉伸試驗(yàn)，同時(shí)也由于杠桿原理，可以施加更為精確的位移。當(dāng)伺服缸4推動(dòng)力傳感器5和連接件6伸出時(shí)，連接件6推動(dòng)長杠桿7，以中部支板8為支點(diǎn)對底部夾具9夾持的活性生物組織進(jìn)行拉伸。

中部支板8為一個(gè)由一塊正方形鋁合金板和四個(gè)連接件6在四邊中點(diǎn)處焊接而成的零件，其作用是當(dāng)作四個(gè)長杠桿7的支點(diǎn)，對長杠桿7底部的活性生物組織進(jìn)行拉伸。

夾具9如圖4所示，為四個(gè)由PLA材料制成的特定夾具，其結(jié)構(gòu)為一個(gè)U 型結(jié)構(gòu)，U 型結(jié)構(gòu)的開口端進(jìn)行活性生物組織的夾持，在開口端兩側(cè)通過螺栓固定活性生物組織，U 型結(jié)構(gòu)的非開口端通過螺栓與長杠桿7底端固定，夾具隨著長杠桿7角度變化保持拉伸過程中活性生物組織的平衡。

通過上面的描述，可以知道本實(shí)用新型取得了如下效果：

1、裝置構(gòu)造簡單，僅僅通過10個(gè)部件，即（溶液箱1、擋板2、支撐架3

伺服缸4、力傳感器5、連接件6、長杠桿7、中部支板8、夾具9、鏡頭槽

10）可拆卸的連接在一起，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)，由于各部件之間是可拆卸的連接，因此便于加工及維護(hù)，能夠方便的完成試驗(yàn)任務(wù)。

2、本實(shí)用新型能夠有效的實(shí)現(xiàn)對生物活性組織進(jìn)行單軸、雙軸拉伸試驗(yàn)任

務(wù)同時(shí)保證生物組織的活性；具體的，在雙軸試驗(yàn)時(shí)，控制器驅(qū)使四個(gè)伺服缸同時(shí)伸出等距離；在單軸實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制器驅(qū)使其中兩個(gè)對稱的伺服缸同時(shí)伸出相等的長度。

3、本實(shí)用新型由于運(yùn)用杠桿原理，通過中部支板鉸接長杠桿上不同位置的

鉸接孔，可以施加更為精確的位移，具有足夠的加載精度。

4、當(dāng)溶液箱空置時(shí)，裝置也可以進(jìn)行其他軟材料的單、雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。