本构模型是预测生物组织力学行为所必需的。然而,由于生物材料复杂的力学行为,本构建模面临挑战。它们的定向纤维结构通常表现出明显的力学各向异性。由于各向异性,单轴试验产生的应力应变数据不能用于广义三维本构方程的外推。由于生物组织通常被认为是不可压缩的,平面双轴试验允许二维应力状态,可用于表征其力学性能和验证本构模型。
软性生物组织的双轴应力-应变测量通常很难进行。一些挑战包括:小样本尺寸;抓标本;不同的抓握技术产生不一致的结果;确定材料轴;大标本间变异;生物降解引起的时间依赖性变化;并实现试件内部变形均匀性。
生物组织的双轴测试是使用薄标本进行的,薄标本是其原生形式的膜或从厚组织板制备的薄切片。试样被安装到双轴装置在蹦床一样的方式使用细螺纹(图1),这允许边缘在横向自由扩展。(ADMET将根据材料和客户要求设计其他握把方案。)测试通常是在室温或体温(37â— μ C)下,将试样完全浸泡在磷酸盐缓冲生理盐水(pH 7.4)中进行的,但是ADMET可以容纳需要加热/冷却参数的测试。中心目标区域必须足够小,并远离外部边缘,以避免系留效应。因此,在中心目标区域,应力场和应变场通常被认为是均匀的。
图2 - ADMET平面双轴测试系统总体布置。
图3- ADMET平面双轴独立导轨握把。
ADMET的平面双轴测试系统是专为软质材料和生物组织设计的。这两个正交驱动器可以被编程为独立移动或在力或变形控制下协调运动。该测试系统包括缝合架,用于像蹦床一样夹紧试样。缝合架固定在移动十字头上,便于安装和拆卸。另一种选择是在试样上附加几个单独的夹子,并让夹子独立移动以适应不规则伸长。样品浴和加热和冷却装置,精确的温度控制也可用。各种低力测力元件和光学应变测量提供准确的力-变形数据。