CN110132723A - 一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及方法，包括工作容器、仿生夹具、力参数测量机构、环境调控机构以及夹具驱动机构；第一仿生夹具以及第二仿生夹具分别设置在工作容器的内壁上；力参数测量机构置于仿生夹具上；环境调控机构置于工作容器内部并用于调节力学性能测试实验所需的介质的环境温度；夹具驱动机构与仿生夹具相连并通过仿生夹具带动力参数测量机构对待测试环状试样的力学性能进行测试。本发明考虑到一般生物组织的完整性、闭合性和内外部环境，模仿了生物组织在生命活性中的受力环境和条件，可有效提高生物组织力学性能测量的精度，操作方便，易于实现。

Description

一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于生物材料力学性能测试技术领域，涉及一种力学性能测试装置及方法，尤其涉及一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及测试方法。

背景技术

生物力学研究生物大分子、细胞、组织、器官等组成单元的力学性能问题，如皮肤、肌肉、角膜、血管等生物软组织的拉伸变形、断裂强度、蠕变等力学特性。基于现代工程测试理论和技术，生物软组织拉伸试验中，试样制作与夹持具有一定困难，一方面是由于生物材料硬度较低，试样受到传统夹具的挤压力时，试样被夹持的部位容易产生变形并会发生应力集中的现象，容易损伤组织结构并破坏组织；另一方面生物组织内部和表面通常存在水或油等液态物质，在试验过程中随着介质的渗出，容易造成夹持处打滑甚至脱落等问题。为了全面了解生物组织的综合力学性能，特别是能够了解其真正生理环境下的生物力学性能，这除了需要保证实验环境能达到其生活环境外，还要保证试样的形状能够像其在体时的整体结构，同时也要做到试样的夹持能够考虑到其在体时与其他各部位的连接方式与强度差异。

目前，生物组织拉伸试验用的夹具多数以冷冻夹持夹具为主，这种夹具可以通过水湿润试样，在通过装置里设置的制冷器将试样上的水冷冻，提高了试样的硬度从而方便夹具夹持。换取试样时，通过加热板将试样上的冰迅速融化，再重复以上操作(CN207502287U、CN200993623Y等)。而现有仿生物组织在活体环境下的力学特性测试，主要是仿生物组织在水环境下的拉伸力学特性测试，还有的能够达到37℃的盐水浴环境下的测试。但是这些生物力学性能测试只是保证实验环境能够达到其本身的生活环境，对于本身试样在体时的整体结构以及与其他部位的连接方式、强度差异都没有考虑。以专利CN200993623Y为例，一种盐水浴生物软组织拉伸试验用夹具，公开了其容器结构，包括夹具，容器材料等。但是这种结构运用于实际中，存在一些问题：(1)冷冻夹持夹具虽在夹持生物组织试样时不会发生应力集中也不会发生试样滑移脱落等问题，但是在更换试样时过于麻烦，且要经过冷冻，融化等一系列过程，而且应用的场合过于苛刻，对于装置的可靠性要求较高。(2)当做盐水浴试验时，只是满足了生物组织在体的外界环境，对于生物组织试样在体的形状以及试样在体时与生物其他部位的连接的方式，包括强度上的差异都没有考虑到。而且这种拉伸装置更换试样比较麻烦，需要把水倒出再拆除容器之后才能更换试样、效率不高且容器内的液体介质没有较好的方式回收。

总体而言，现有的生物组织拉伸试验机装置，很少涉及仿生物活体环境下对与生物组织进行测试的装置，而且夹具主要是运用冷冻夹持技术，对于应用场合，可靠性要求都较高，而且测试的方法都是标准化工程测试，而且仿生物活体环境下测试时也是仅仅考虑到了生物组织在体的外部环境，对于本身生物组织在体时的形状以及与其他部位的连接方式，强度差异都没有考虑。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置及方法，在满足生物组织在体外部的环境下还考虑到其在体时的形状、与其他部位的连接方式，强度差异等条件，能够尽量满足生物组织在体时的生理环境。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、仿生夹具、力参数测量机构、环境调控机构以及夹具驱动机构；所述工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；所述仿生夹具至少包括第一仿生夹具以及第二仿生夹具；所述第一仿生夹具以及第二仿生夹具分别设置在工作容器的内壁上；所述力参数测量机构置于第一仿生夹具以及第二仿生夹具上；所述环境调控机构置于工作容器内部并用于调节力学性能测试实验所需的介质的环境温度；待测试环状试样置于仿生夹具上并通过仿生夹具支撑和固定；所述夹具驱动机构与仿生夹具相连并通过仿生夹具带动力参数测量机构对待测试环状试样的力学性能进行测试。

作为优选，本发明所采用的所述力参数测量机构至少包括第一试样支撑体、第二试样支撑体以及控制中心；所述第一试样支撑体与第二试样支撑体的结构完全相同；所述第一试样支撑体以及第二试样支撑体的内部均设置有用于提供支撑力的液压杆；所述控制中心通过导线分别与第一试样支撑体内部的液压杆以及第二试样支撑体内部的液压杆相连；所述第一试样支撑体设置在第一仿生夹具上；所述第二试样支撑体设置在第二仿生夹具上；待测试环状试样套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部；所述驱动机构通过第一仿生夹具和/或第二仿生夹具带动第一试样支撑体和/或第二试样支撑体对套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部的待测试环状试样的力学性能进行测试。

作为优选，本发明所采用的第一试样支撑体或第二试样支撑体均包括基座、支撑架、固定槽、张紧触头、铰链、限位挡块、导轨以及导向架；所述基座固定设置在夹具上；所述液压杆通过支撑架固定设置在基座上；所述张紧触头的内表面设置有固定槽，所述液压杆的头部伸入固定槽中并通过固定槽向张紧触头提供支撑力；所述基座上设置有导向架；所述张紧触头的内表面通过铰链与导轨相连；所述导向架设置在导轨上并可沿导轨轴向与导轨相对运动；所述导轨上设置有用于对导向架进行限位的限位挡块；待测试环状试样套在第一试样支撑体的张紧触头的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头的外表面。

作为优选，本发明所采用的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置还包括设置在第一试样支撑体或第二试样支撑体上的用于对待测试环状试样进行局部约束的局部约束机构。

作为优选，本发明所采用的局部约束机构包括施加载荷手、行程开关、连杆、推块与推杆、气缸、气缸固定板以及底板；所述气缸通过气缸固定板固定设置在底板上；所述推块与推杆从气缸的端部伸出；所述施加载荷手通过连杆与推块与推杆相连；所述施加载荷手整体呈弧状；所述施加载荷手贴服于待测试环状试样外部；所述气缸通过推块与推杆以及连杆向施加载荷手提供支撑力；所述推块与推杆上设置有行程开关。

作为优选，本发明所采用的工作容器包括自内而外依次设置的方形容器盖内层、方形容器盖中间层以及方形容器盖外层；所述方形容器盖内层采用PET或橡胶；所述方形容器盖中间层是真空层或保温层；所述方形容器盖外层是不锈钢或铝合金。

作为优选，本发明所采用的环境调控机构包括分别设置在方形容器盖内层内表面上的温度传感器、发热管以及循环泵。

作为优选，本发明所采用的驱动机构包括与第一仿生夹具相连的左拉杆以及与第二仿生夹具相连的右拉杆；所述左拉杆和/或右拉杆带动第一仿生夹具和/或第二仿生夹具移动。

作为优选，本发明所采用的工作容器底部设置有圆形开关阀门。

一种基于如前所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置进行的力学性能测试方法，所述方法包括以下步骤：

1)根据生物组织在正常生命活动中的形状和运动方式，将生物组织试样裁剪成在体时的形状，得到待测试环状试样，将待测试环状试样按照实验需要套装在第一试样支撑体的张紧触头的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头的外表面，通过控制中心驱动液压杆，使待测试环状试样与张紧触头贴合；

2)根据待测试环状试样在体时与其他组织的连接方式，在第一试样支撑体或第二试样支撑体上选择性安装局部约束机构；

3)将力学性能测试实验所需的介质倒入工作容器内，根据力学性能测试实验要求调节工作容器的温度/湿度，并打开循环泵，盖上工作容器盖，待工作容器内部介质温度/湿度均匀和稳定之后，开启驱动机构控制器进行测试；

4)待测试完成后，打开方形容器盖，先将局部约束机构的力撤去，再把待测试环状试样拿出；

5)根据仿生物组织形状和有局部约束之后的测量原理，对计算机采集到的实验数据进一步进行处理，得到仿生物活体环境下的组织力学性能。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1)在测量思路和原理上取得创新，不同于现有的标准化工程测试方法，本发明重点是模仿了生物组织在生命活性中的受力环境和条件，有效提高生物组织力学性能测量的精度和准确性，具有更大的研究意义和应用价值。

2)考虑到一般生物组织的完整性和闭合性，本发明提出了仿生物组织形状的驱动与感知机构，如环状夹持结构，甚至是密闭的腔体结构，显著区别于现有的条状、棒状、块状等试样的夹持方法和机构。

3)本发明综合考虑了被测生物组织在体的内部和外部环境，内部环境包括被测生物组织与生物体内其它组织的连接方式、变形幅度和力学强度等差异性，外部环境包括温度、湿度等要素，分别采取局部约束和工作容器调节等方式模仿实现，是现有测量装置和方法不具备的。

4)本发明的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，在更换试样时，可以直接在控制介质下更换试样，不会造成资源浪费的情况下，简单方便，易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的装置与测量方法，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明中的一些实施范例，而不是全部的实施例和应用范围。

图1为实施范例中河鲀皮肤组织力学性能测试装置示意图；

图2为实施范例中所采用的力参数测量机构示意图；

图3为河鲀皮肤组织的力参数测量机构工作原理图。

其中：

1-左拉杆；2-第一仿生夹具；3-方形容器盖内层；4-方形容器盖中间层；5-方形容器盖外层；6-温度传感器；7-发热管；8-第二仿生夹具；9-右拉杆；10-循环泵；11-圆形开关阀门；13-基座；14-支撑架；15-液压杆；16-固定槽；17-张紧触头；18-铰链；19-限位挡块；20-导轨；21-导向架；22-导线；23-控制中心；24-环状试样；25-施加载荷手；26-销轴；27-行程开关；28-连杆；29-销钉；30-推块与推杆；31-气缸；32-气缸固定板；33-底板。

具体实施方式

下面结合本实施范例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施范例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例和应用范围。

本发明提供了一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、仿生夹具、力参数测量机构、环境调控机构以及夹具驱动机构；工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；仿生夹具至少包括第一仿生夹具2以及第二仿生夹具8；第一仿生夹具2以及第二仿生夹具8分别设置在工作容器的内壁上；力参数测量机构置于第一仿生夹具2以及第二仿生夹具8上；环境调控机构置于工作容器内部并用于调节力学性能测试实验所需的介质的环境温度；待测试环状试样24置于仿生夹具上并通过仿生夹具支撑和固定；夹具驱动机构与仿生夹具相连并通过仿生夹具带动力参数测量机构对待测试环状试样24的力学性能进行测试。

仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、仿生夹具、力参数测量机构、环境调控机构和夹具驱动机构；工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；仿生夹具的形状依据被测生物组织的设计，夹紧强度取决于被测生物组织与其生物本体的连接方式，且数目决定于被测生物组织的组织和力学特性第一仿生夹具第二仿生夹具第一仿生夹具第二仿生夹具力参数测量机构第一仿生夹具第二仿生夹具；环境调控单元置于工作容器内部并用于调节力学性能测试实验所需的介质环境温度；力参数测量机构夹具驱动机构通常包括动力源和构件，第一仿生夹具连接并控制所有的仿生夹具运动参数；力参数测量机构由传感器和数据采集处理系统组成，通常安装于工作容器壁或夹具驱动机构的构件上第一仿生夹具第二仿生夹具力参数测量机构。

力参数测量机构包括第一试样支撑体、第二试样支撑体以及控制中心23；第一试样支撑体与第二试样支撑体的结构完全相同；第一试样支撑体以及第二试样支撑体的内部均设置有用于提供支撑力的液压杆15；控制中心23通过导线22分别与第一试样支撑体内部的液压杆15以及第二试样支撑体内部的液压杆15相连；第一试样支撑体设置在第一仿生夹具2上；第二试样支撑体设置在第二仿生夹具8上；待测试环状试样24套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部；驱动机构通过第一仿生夹具2和/或第二仿生夹具8带动第一试样支撑体和/或第二试样支撑体对套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部的待测试环状试样24的力学性能进行测试。

第一试样支撑体或第二试样支撑体均包括基座13、支撑架14、固定槽16、张紧触头17、铰链18、限位挡块19、导轨20以及导向架21；基座13固定设置在夹具上；液压杆15通过支撑架14固定设置在基座13上；张紧触头17的内表面设置有固定槽16，液压杆15的头部伸入固定槽16中并通过固定槽16向张紧触头17提供支撑力；基座13上设置有导向架21；张紧触头17的内表面通过铰链18与导轨20相连；导向架21设置在导轨20上并可沿导轨20轴向与导轨20相对运动；导轨20上设置有用于对导向架21进行限位的限位挡块19；待测试环状试样24套在第一试样支撑体的张紧触头17的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头17的外表面。张紧触头17依据被测生物组织的形状和力学差异性进行分解，尽量分解成简单的直线运动方式，且仿形触头的两侧加装挡板，防止被测生物组织脱落。

仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置还包括设置在第一试样支撑体或第二试样支撑体上的用于对待测试环状试样24进行局部约束的局部约束机构。

局部约束机构包括施加载荷手25、行程开关27、连杆28、推块与推杆30、气缸31、气缸固定板32以及底板33；气缸31通过气缸固定板32固定设置在底板33上；推块与推杆30从气缸31的端部伸出；施加载荷手25通过连杆28与推块与推杆30相连；施加载荷手25整体呈弧状；施加载荷手25贴服于待测试环状试样24外部；气缸31通过推块与推杆30以及连杆28向施加载荷手25提供支撑力；推块与推杆30上设置有行程开关27。局部约束机构具有局部约束生物组织测试状态的功能，选用气动加载装置。

工作容器包括自内而外依次设置的方形容器盖内层3、方形容器盖中间层4以及方形容器盖外层5；方形容器盖内层3采用PET或橡胶；方形容器盖中间层4是真空层或保温层；方形容器盖外层5是不锈钢或铝合金，有着更好的保温效果。

环境调控机构包括分别设置在方形容器盖内层3内表面上的温度传感器6、发热管7以及循环泵10。工作容器根据所测生物组织的尺寸、形状等参数设计；温度/湿度传感器分别与外置的调温/调湿器控制器相连接，精确控制工作容器内控制介质的温度/湿度，工作容器所述调温/调湿器和循环泵可保证实验过程中工作容器内介质温度/湿度的稳定性和均匀性。

驱动机构包括与第一仿生夹具2相连的左拉杆1以及与第二仿生夹具8相连的右拉杆9；左拉杆1和/或右拉杆9带动第一仿生夹具2和/或第二仿生夹具8移动。工作容器底部设置有圆形开关阀门11。

本发明在提供如上记载的测试装置的同时，还提供了一种基于仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置进行的力学性能测试方法，该方法包括以下步骤：

1)根据生物组织在正常生命活动中的形状和运动方式，将生物组织试样裁剪成在体时的形状，得到待测试环状试样24，将待测试环状试样24按照实验需要套装在第一试样支撑体的张紧触头17的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头17的外表面，通过控制中心23驱动液压杆15，使待测试环状试样24与张紧触头17贴合；

2)根据待测试环状试样24在体时与其他组织的连接方式，在第一试样支撑体或第二试样支撑体上选择性安装局部约束机构；

3)将力学性能测试实验所需的介质倒入工作容器内，根据力学性能测试实验要求调节工作容器的温度/湿度，并打开循环泵10，盖上工作容器盖，待工作容器内部介质温度/湿度均匀和稳定之后，开启驱动机构控制器进行测试；如需更换试样，则直接打开方形容器盖，先将局部约束的力撤去，再把被测生物组织试样拿出，换上新试样，重复1)-3)操作；

4)待测试完成后，打开方形容器盖，先将局部约束机构的力撤去，再把待测试环状试样24拿出；

5)根据仿生物组织形状和有局部约束之后的测量原理，对计算机采集到的实验数据进一步进行处理，得到仿生物活体环境下的组织力学性能。

以河鲀皮肤组织为例，对本发明所提供的力学性能测试装置及方法进行详细说明：图1为本发明河鲀皮肤组织的力学性能测试装置，包括左拉杆1和右拉杆9，左拉杆1与第一仿生夹具2通过螺栓连接，可拆卸，方便在不同的实验环境，不同的实验对象时，可以更换夹具，同样第二仿生夹具8与右拉杆9也是通过螺栓连接，可拆卸。温度传感器6，发热管7，循环泵10，温度传感器6与发热管7与外置的温控器相连接，温度传感器6与发热管7可以根据实验需要而精确控制方形容器内水的温度，循环泵10可以让方形容器内水的温度更加均匀和稳定，避免了区域水温的不同而导致的实验结果的准确性。方形容器底部的圆形开关阀门11以及方形容器盖(图中未标出)，圆形开关阀门11可以在实验结束时回收此方形容器内的液体，以免造成资源的浪费，方形容器盖在实验开始时打开往里面添加液体，实验时盖上。方形容器盖内层3的材料为PET或橡胶；方形容器盖中间层4的材料为保温材料或形成真空；方形容器盖外层5的材料为不锈钢或铝合金，可以更好将容器内的温度稳定，不会散热，有着更好的保温效果。方形容器长度可根据实验的需要进行设计，需保证满足实验对象变形范围的要求。

图2为本发明河鲀皮肤组织的力参数测量机构示意图，包括基座13，支撑架14，液压杆15，固定槽16，张紧触头17，铰链18，限位挡块19，导轨20，导向架21，导线22，控制中心23，环状试样24，施加载荷手25，销轴26，行程开关27，连杆28，销钉29，推块与推杆30，气缸31，气缸固定板32，底板33。液压杆15和基座13通过支撑架14连接，导向架21固定于基座13的一端，导轨20安装在导向架21中，张紧触头17固定于导轨20的两端并通过铰链18连接。连杆28与推块与推杆30通过销钉连接。连杆28另一端通过销轴26连接在施加载荷手25的尾部。行程开关27设置在底板33的滑块上，滑块通过螺栓限位在底板的滑槽内。

河鲀皮肤组织力学性能的测试步骤如下所示：

1)由于河鲀在水下游动时，皮肤可近似看成圆柱，固将河鲀皮肤剪成环状试样较贴近其皮肤在水下的真实情况，环形试样套在两端半圆形夹具的张紧触头17上并通过控制中心23调节油压使试样无缝贴合在张紧触头17上；

2)启动气动加载装置，考虑到河鲀背部皮肤与其它部位连接较为牢固，不易变形，而河鲀腹部皮肤与其身体间有间隔，变形较大，相对于背部皮肤，腹部皮肤可以自由伸缩。因此需要对河鲀皮肤环状试样进行局部约束，根据实验需要的约束载荷的大小，通过气缸31上推块与推杆30上的位置来调节施加载荷手25对于环状试样局部施加载荷的大小；

3)将方形容器内倒入冰水混合物，随后开启发热管7和循环泵10，打开温度传感器6，将温度升至实验所需要的温度，随后将方形容器盖盖上，待内部水环境温度均匀和稳定之后，在拉伸试验机pc端点击测试；

4)如需更换试样，则直接打开方形容器盖，先将气动加载装置所施加的载荷撤去，再把被测环状试样拿出，换上新环状试样，重复1)-3)操作；

5)根据测试原理对计算机采集到的实验数据进一步进行处理，从而得到仿生物活体环境下的组织力学性能。

下面对测试原理及方法做具体描述：

测试原理：将河鲀皮肤剪成环状试样，然后将环状试样的两端套在两半圆形夹具两端的仿形触头上，通过调节控制中心23的油压，使得两端仿形触头17向左右两端顶出，这个力不宜过大也不能过小，过大会造成试样的绷紧，造成实验数据不准确，过小的话环状试样在拉伸过程中有可能会脱落。给的力大小应能使生物组织环状试样无缝隙的贴合在两端半圆形仿形触头上。随后，通过拉伸试验机开始进行拉伸测试，生物软组织环状试样受力如图3所示。拉伸试验机匀速运动时，假设拉伸试验机基于的加载力为F，由于这个测试装置为完全对称的结构，测试的材料也相对均匀，所以，环状试样的两端会得到2个分力f1和f2，且f1＝f2，有平面力系平衡定理可知，f1＝f2＝F/2，得到的实验数据再处理时需要将这层关系考虑进去，不然会造成应力的错误。当然加载方式可以从两个半圆形仿形触头17两边进行拉伸，也可以采用从中间往两端推的方式，实验效果是一样的，最后得到的结果也是一样的。考虑到河鲀皮肤在体时去其他各部位的连接方式以及强度差异大小，设计了一个局部差异化加载装置，即图2中，环状夹具装置下端的气动加载装置，在某些生物组织中，局部与其他部位连接较为牢固且变形也受到约束，这时候需要仿其在体时的真实环境较困难，因此采取对环状试样局部加载，以达到其局部与其他部位连接较为牢固的效果，且加载力可以通过推块与推杆30上的位置来控制其大小。图2所示只是一个气动加载装置，如实验需要，可以设置多个气动加载装置，以满足可以在不同段实现局部加载效果，从而够达生物组织在体时与其他部位连接的情况的效果。如图2所示，如需在左端半圆形夹具的试样需要进行局部加载，则此气动加载装置可以通过推块与推杆30上的上下滑动来达到控制加载力大小的效果，为了保证局部加载的受力均匀，与试样接触的施加载荷端形状同样设置为圆弧形状，该形状可根据试样的形状进行设置，内侧覆上一层橡胶材料，增加摩擦力。

测试方法：要测试河鲀皮肤在水环境下的生物力学特性，由于河鲀在水下游动时，皮肤可近似看成圆柱，固将河鲀皮肤剪成环状试样较贴近其在水下皮肤的真实情况。将河鲀皮肤环状试样套在两端仿形触头17上，然后通过控制中心23调节油压，使河鲀皮肤环状试样能够无缝贴合在仿形触头上，考虑到河鲀背部皮肤与其它部位连接较为牢固，不易变形，而河鲀腹部皮肤与其身体间有间隔，变形较大，相对于背部皮肤，腹部皮肤可以自由伸缩，因此将河鲀皮肤剪成环状时，一半是河鲀背部皮肤，一半是河鲀腹部皮肤，将河鲀皮肤套入仿形触头17时，将背部皮肤套在左端仿形触头，以方便气动加载装置对其加载。仿形触头17和河鲀皮肤无缝贴合之后，启动气动加载装置，根据河鲀背部皮肤在体时与其他部位连接的实际情况，对其加载。通过调节推块与推杆30上的位置，来调节施加载荷的大小。调节成功后，而然后往方形容器内倒入冰水混合物，随后开启发热管7和循环泵10，打开温度传感器6，将温度升至20℃，随后将方形容器盖盖上，待内部水环境温度均匀和稳定之后，在拉伸试验机pc端点击测试，测试完成后，如需更换试样，则直接打开方形容器盖，先将气动加载装置的力撤去，再把旧的环状试样拿出，然后将新的试样套入到张紧触头17上，再根据实验要求，启动气动加载装置，对河鲀背部皮肤施加一定的载荷，调节成功后，再重复以上实验操作，若实验结束，则打开方形容器底部的开关阀门11，回收容器内的水，在将气动加载装置去掉，再把环形试样拿下，然后根据测试原理将拉伸试验机测试的数据再进行处理，得到河鲀皮肤的应力-应变数据。此测得的数据接近于河鲀皮肤活体环境下的应力-应变数据。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置包括工作容器、仿生夹具、力参数测量机构、环境调控机构以及夹具驱动机构；所述工作容器内填充有力学性能测试实验所需的介质；所述仿生夹具至少包括第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）；所述第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）分别设置在工作容器的内壁上；所述力参数测量机构置于第一仿生夹具（2）以及第二仿生夹具（8）上；所述环境调控机构置于工作容器内部并用于调节力学性能测试实验所需的介质的环境温度；待测试环状试样（24）置于仿生夹具上并通过仿生夹具支撑和固定；所述夹具驱动机构与仿生夹具相连并通过仿生夹具带动力参数测量机构对待测试环状试样（24）的力学性能进行测试。

2.根据权利要求1所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述力参数测量机构至少包括第一试样支撑体、第二试样支撑体以及控制中心（23）；所述第一试样支撑体与第二试样支撑体的结构完全相同；所述第一试样支撑体以及第二试样支撑体的内部均设置有用于提供支撑力的液压杆（15）；所述控制中心（23）通过导线（22）分别与第一试样支撑体内部的液压杆（15）以及第二试样支撑体内部的液压杆（15）相连；所述第一试样支撑体设置在第一仿生夹具（2）上；所述第二试样支撑体设置在第二仿生夹具（8）上；待测试环状试样（24）套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部；所述驱动机构通过第一仿生夹具（2）和/或第二仿生夹具（8）带动第一试样支撑体和/或第二试样支撑体对套在第一试样支撑体以及第二试样支撑体外部的待测试环状试样（24）的力学性能进行测试。

3.根据权利要求2所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述第一试样支撑体或第二试样支撑体均包括基座（13）、支撑架（14）、固定槽（16）、张紧触头（17）、铰链（18）、限位挡块（19）、导轨（20）以及导向架（21）；所述基座（13）固定设置在夹具上；所述液压杆（15）通过支撑架（14）固定设置在基座（13）上；所述张紧触头（17）的内表面设置有固定槽（16），所述液压杆（15）的头部伸入固定槽（16）中并通过固定槽（16）向张紧触头（17）提供支撑力；所述基座（13）上设置有导向架（21）；所述张紧触头（17）的内表面通过铰链（18）与导轨（20）相连；所述导向架（21）设置在导轨（20）上并可沿导轨（20）轴向与导轨（20）相对运动；所述导轨（20）上设置有用于对导向架（21）进行限位的限位挡块（19）；待测试环状试样（24）套在第一试样支撑体的张紧触头（17）的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头（17）的外表面。

4.根据权利要求3所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置还包括设置在第一试样支撑体或第二试样支撑体上的用于对待测试环状试样（24）进行局部约束的局部约束机构。

5.根据权利要求4所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述局部约束机构包括施加载荷手（25）、行程开关（27）、连杆（28）、推块与推杆（30）、气缸（31）、气缸固定板（32）以及底板（33）；所述气缸（31）通过气缸固定板（32）固定设置在底板（33）上；所述推块与推杆（30）从气缸（31）的端部伸出；所述施加载荷手（25）通过连杆（28）与推块与推杆（30）相连；所述施加载荷手（25）整体呈弧状；所述施加载荷手（25）贴服于待测试环状试样（24）外部；所述气缸（31）通过推块与推杆（30）以及连杆（28）向施加载荷手（25）提供支撑力；所述推块与推杆（30）上设置有行程开关（27）。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述工作容器包括自内而外依次设置的方形容器盖内层（3）、方形容器盖中间层（4）以及方形容器盖外层（5）；所述方形容器盖内层（3）采用PET或橡胶；所述方形容器盖中间层（4）是真空层或保温层；所述方形容器盖外层（5）是不锈钢或铝合金。

7.根据权利要求6所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述环境调控机构包括分别设置在方形容器盖内层（3）内表面上的温度传感器（6）、发热管（7）以及循环泵（10）。

8.根据权利要求7所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述驱动机构包括与第一仿生夹具（2）相连的左拉杆（1）以及与第二仿生夹具（8）相连的右拉杆（9）；所述左拉杆（1）和/或右拉杆（9）带动第一仿生夹具（2）和/或第二仿生夹具（8）移动。

9.根据权利要求8所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置，其特征在于：所述工作容器底部设置有圆形开关阀门（11）。

10.一种基于如权利要求9所述的仿生物活体环境下的组织力学性能测试装置进行的力学性能测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）根据生物组织在正常生命活动中的形状和运动方式，将生物组织试样裁剪成在体时的形状，得到待测试环状试样（24），将待测试环状试样（24）按照实验需要套装在第一试样支撑体的张紧触头（17）的外表面以及第二试样支撑体的张紧触头（17）的外表面，通过控制中心（23）驱动液压杆（15），使待测试环状试样（24）与张紧触头（17）贴合；

2）根据待测试环状试样（24）在体时与其他组织的连接方式，在第一试样支撑体或第二试样支撑体上选择性安装局部约束机构；

3）将力学性能测试实验所需的介质倒入工作容器内，根据力学性能测试实验要求调节工作容器的温度/湿度，并打开循环泵（10），盖上工作容器盖，待工作容器内部介质温度/湿度均匀和稳定之后，开启驱动机构控制器进行测试；

4）待测试完成后，打开方形容器盖，先将局部约束机构的力撤去，再把待测试环状试样（24）拿出；

5）根据仿生物组织形状和有局部约束之后的测量原理，对计算机采集到的实验数据进一步进行处理，得到仿生物活体环境下的组织力学性能。