一种用于活性生物双轴拉伸的测试装置的制作方法

本实用新型涉及生物力学性能测试领域，特别是涉及一种用于活性生物组织双轴拉伸的测试装置及在其他软材料领域中的应用。

背景技术：

在虚拟手术物理建模中，精确的物理模型对手术模拟的可靠性是至关重要的，构建合理而精确的本构方程是物理模型的基础，由于生物组织的各向异性，双向拉伸实验可以用于测量生物组织材料的各向力学行为及材料性能来确定本构方程。另一方面，在生物组织离体力学性能测试中，离体生物组织的活性无法保证一直是测试中的难题。

现有的双轴拉伸实验装置存在明显的不足和局限性，有些专门测量材料力学性能的双轴拉伸装置无法适用于活性生物组织的测试，如申请公开号是CN105092371A,CN102645371A,CN104913974A等实用新型专利。其中申请公开号是CN105092371A的实用新型提出了一种拉伸比例可调式双轴拉伸夹具，包括底座、拉伸板和安装板，左右底座上安装左右导向柱，调节导向柱可以改变双轴拉伸的比例。该实用新型拥有拉伸精度高，结构简单等优点，但是应用范畴局限在复合材料等，无法适用于活性生物组织材料。

申请公开号CN102645371A的实用新型专利公开的一种双轴拉伸试验装置，包括机架、第一丝杆、第二丝杠、第一驱动机构和第二驱动机构，在每一组拉伸方向上采用了两侧不同旋度的同一根滚珠丝杠，可以有效的实现对试件不同比例的双向拉伸，且提高了测试结果的精度。尽管上述实用新型的结构设计很合理，但是实用新型无法应用于活性生物组织的测试。申请公开号CN104913974A的实用新型涉及到材料微观力学性能双轴拉伸-疲劳测试系统，由精密加载-传动单元、疲劳单元、力学和变形信号检测单元、试件夹持单元等部分组成，可以分别实现单轴拉伸测试、双轴拉伸测试、疲劳测试等，且与光学显微镜有良好的兼容性，可以进行动态研究材料的微观组织结构与变形损伤机制等规律。尽管该实用新型可实现单双轴拉伸及疲劳测试，但是实用新型无法应用于活性生物组织的测试。

针对以上各个实用新型专利的弊端和不足，现提出一种用于活性生物组织双轴拉伸的测试装置。

通过以上的检索发现，以上技术方案不能影响本实用新型的新颖性；并且以上专利文件的相互组合不能破坏本实用新型的创造性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可以对活性生物组织进行离体单、双轴拉伸力学性能试验的拉伸测试平台。

为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于活性生物组织双轴拉伸的测试装置,包括溶液箱，在所述的溶液箱顶部四角设有四个减少溶液蒸发的挡板，溶液箱内部装有保持生物组织活性的PBS缓冲溶液，溶液箱底部设有用于放置防水摄像头的圆柱形镜头槽；在所述的挡板的上设有一个支撑架，所述的支撑架的四个方向上各自固定有一个伺服缸，每个伺服缸前端依次与力传感器、连接件相连，四个连接件分别与竖向设置在溶液箱内部的四个长杠杆上部连接，四个长杠杆中部连接起支点作用的中部支板，四个长杠杆下部各自连接用于固定生物组织的夹具。

进一步,所述的溶液箱为一个由一块PMMA底板和四块PMMA侧板粘接而成的顶部开口箱体，底板上粘接圆柱形镜头槽，用于安放防水摄像头，以便拍摄双轴拉伸生物活性组织的变形情况。溶液箱中加入适量PBS缓冲溶液，用于保持生物组织活性。

进一步，所述的挡板由一个PMMA顶板和两个相互垂直的PMMA侧板粘接而成，其分别与溶液箱的四个角相互配合，当四个挡板安装在溶液箱的四个角时，四个挡板的顶板在溶液箱的顶部形成一个十字形缝隙，所述挡板的作用是减少溶液箱中溶液的挥发，同时防止溶液溅射到支撑架上。

进一步，所述的支撑架为一个由回字形箱体构成的支撑体，内部安放控制线路，四边中线处上方均有伺服缸通过螺栓固定，伺服缸的伸缩杆前端与力传感器和连接件依次相连，由控制器控制伺服缸推动连接件伸出相同距离，并实时测量所受力的变化。在双轴试验时驱使四个伺服缸同时伸出等距离；在单轴实验时驱使其中两个对称的伺服缸同时伸出相等的长度。

进一步，所述的长杠杆为四个由长条状铝合金板打孔而成的杠杆，其中顶部铰接孔通过螺栓连接连接件，底部铰接孔通过螺栓连接夹具，中部打出多个等距离铰接孔并通过螺栓连接所述的中部支板，通过不同的铰接孔与中部支板相铰接能适应不同大小的生物活性材料的双轴拉伸试验，同时也由于杠杆原理，可以施加更为精确的位移。当伺服缸推动力传感器和连接件伸出时，连接件推动长杠杆，以中部支板为支点对底部夹具夹持的活性生物组织进行拉伸。

进一步，所述的中部支板为一个由一块正方形铝合金板和四个连接件在四边中点处焊接而成的零件，其作用是当作四个长杠杆的支点，对长杠杆底部的活性生物组织进行拉伸。

进一步，所述的夹具为四个由PLA材料制成的夹具，其结构为一个U 型结构，U 型结构的开口端进行活性生物组织的夹持，在开口端两侧通过螺栓固定活性生物组织，U 型结构的非开口端通过螺栓与长杠杆底端固定，夹具随着长杠杆角度变化保持拉伸过程中活性生物组织的平衡。

进一步的，前面所述的双轴拉伸的测试装置在软材料拉伸实验中的应用。

本实用新型具有以下有益效果：

1、装置构造简单，可拆卸便于加工及维护，能够方便的完成试验任务。

2、本实用新型能够有效的实现对生物活性组织进行单轴、双轴拉伸试验任

务同时保证生物组织的活性；具体的，在双轴试验时，控制器驱使四个伺服缸同时伸出等距离；在单轴实验时，控制器驱使其中两个对称的伺服缸同时伸出相等的长度。

3、由于运用杠杆原理，通过中部支板铰接长杠杆上不同位置的铰接孔，可

以施加更为精确的位移，具有足够的加载精度。

4、当溶液箱空置时，装置也可以进行其他软材料的单、双轴拉伸实验。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型结构示意图。

图2为内部结构示意图。

图3为溶液箱俯视图。

图4为夹具的结构图。

附图标记说明：

1、溶液箱；2、挡板；3、支撑架；4、伺服缸；5、力传感器；6、连接件；7、长杠杆；8、中部支板；9、夹具；10、镜头槽。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不对本实用新型的保护范围有任何的限制。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型所述的双周拉伸试验装置包括溶液箱，在所述的溶液箱顶部四角设有四个减少溶液蒸发的挡板，溶液箱内部装有保持生物组织活性的PBS缓冲溶液，溶液箱底部设有用于放置防水摄像头的圆柱形镜头槽；在所述的挡板的上设有一个支撑架，所述的支撑架的四个方向上各自固定有一个伺服缸，每个伺服缸前端依次与力传感器、连接件相连，四个连接件分别与竖向设置在溶液箱内部的四个长杠杆上部连接，四个长杠杆中部连接起支点作用的中部支板，四个长杠杆下部各自连接用于固定拉伸物的夹具。

具体的，分别如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型以拉伸活性生物组织为例，对本实用新型公开的双轴拉伸的测试装置，进行具体说明：其包括溶液箱1、挡板2、支撑架3、伺服缸4、力传感器5、连接件6、长杠杆7、中部支板8、夹具9、镜头槽10；

整体的结构为：溶液箱1顶部四角设有四个减少溶液蒸发的挡板2，溶液箱1内部装有保持生物组织活性的PBS缓冲溶液，溶液箱1底部设有用于放置防水摄像头的圆柱形镜头槽10；在溶液箱1上方为支撑架3，支撑架3上通过螺栓固定四个伺服缸4，通过控制器控制伺服缸4按照不同的实验移动设定的距离，每个伺服缸4前端依次与力传感器5、连接件6相连，四个连接件6分别各自与四个长杠杆7上部通过螺栓连接，四个长杠杆7中部通过螺栓共同一个连接起支点作用的中部支板8，四个长杠杆7下部各自通过螺栓连接一个用于固定生物组织的夹具9四个夹具的结构完全不同。

其中,溶液箱1为一个由一块PMMA底板和四块PMMA侧板粘接而成的开口箱体，底板上粘接圆柱形镜头槽10，用于安放防水摄像头，以便拍摄双轴拉伸生物活性组织的变形情况。

具体的，圆柱形镜头槽10在底板上的位置正好与挡板2形成的十字形缝隙的中心位置上下相对，且摄像头的镜头正对生物活性组织。

溶液箱1中加入适量PBS缓冲溶液，用于保持生物组织活性。

进一步的，挡板2由一个PMMA顶板和两个PMMA侧板粘接可与溶液箱配合，两个PMMA侧板相互垂直，PMMA顶板设置在侧板的顶部；三块板子形成的垂直角正好与溶液箱的角配合，当溶液箱配合四个挡板2时，在溶液箱1的顶部形成了一个十字形缝隙，如此设置挡板2的作用是减少溶液箱中溶液的挥发，同时防止溶液溅射到支撑架3上。

进一步的，支撑架3为一个由回字形箱体构成的支撑体，内部安放控制线路，支撑体顶部四个面（东、西、南、北面）上中线处上方均有伺服缸4通过螺栓固定，伺服缸4伸缩杆前端与力传感器5和连接件6依次相连，由控制器控制伺服缸4推动连接件6伸出相同距离，并实时测量所受力的变化。

在双轴试验时驱使四个伺服缸4同时伸出等距离；在单轴实验时驱使其中两个对称的伺服缸4同时伸出相等的长度。

进一步的，长杠杆7为四个由长条状铝合金板打孔而成的杠杆，其中顶部铰接孔通过螺栓连接连接件6，底部铰接孔通过螺栓连接夹具9，中部打出多个等距离铰接孔并通过螺栓连接所述的中部支板8，通过不同的铰接孔与中部支板8相铰接能适应不同大小的生物活性组织的双轴拉伸试验，同时也由于杠杆原理，可以施加更为精确的位移。当伺服缸4推动力传感器5和连接件6伸出时，连接件6推动长杠杆7，以中部支板8为支点对底部夹具9夹持的活性生物组织进行拉伸。

中部支板8为一个由一块正方形铝合金板和四个连接件6在四边中点处焊接而成的零件，其作用是当作四个长杠杆7的支点，对长杠杆7底部的活性生物组织进行拉伸。

夹具9如图4所示，为四个由PLA材料制成的特定夹具，其结构为一个U 型结构，U 型结构的开口端进行活性生物组织的夹持，在开口端两侧通过螺栓固定活性生物组织，U 型结构的非开口端通过螺栓与长杠杆7底端固定，夹具随着长杠杆7角度变化保持拉伸过程中活性生物组织的平衡。

通过上面的描述，可以知道本实用新型取得了如下效果：

1、装置构造简单，仅仅通过10个部件，即（溶液箱1、挡板2、支撑架3

伺服缸4、力传感器5、连接件6、长杠杆7、中部支板8、夹具9、镜头槽

10）可拆卸的连接在一起，就实现了整个实验，由于各部件之间是可拆卸的连接，因此便于加工及维护，能够方便的完成试验任务。

2、本实用新型能够有效的实现对生物活性组织进行单轴、双轴拉伸试验任

务同时保证生物组织的活性；具体的，在双轴试验时，控制器驱使四个伺服缸同时伸出等距离；在单轴实验时，控制器驱使其中两个对称的伺服缸同时伸出相等的长度。

3、本实用新型由于运用杠杆原理，通过中部支板铰接长杠杆上不同位置的

铰接孔，可以施加更为精确的位移，具有足够的加载精度。

4、当溶液箱空置时，装置也可以进行其他软材料的单、双轴拉伸实验。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。