[发明专利]一种测量单根肌肉纤维应激力学行为的设备及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物力学领域，特别涉及一种用于对单根肌肉纤维应激力学行为进行测量的设备及测试方法。

背景技术

随着现代生物学的发展，对于生物组织、结构、细胞等的研究越来越深入，研究的对象越来越小，其作用力也随之减小。当肌肉纤维处于不同的介质环境中或受外部电信号刺激时，将产生不同形式的变形。这对研究肌肉修复和运动控制等问题极为关键，是目前生物力学与临床医学都极为关注的领域。

由于单根肌肉纤维的直径只有一百微米左右，力和变形都很小，在实验时需要同时测量肌肉纤维主动收缩的力和变形，目前尚无合适的实验设备。

发明内容

本发明的目的是要提供一种对单根肌肉纤维应激力学行为进行测量的设备及测试方法。

特别地，本发明提供一种测量单根肌肉纤维应激力学行为的设备，包括：

仪器主机，包括相对设置的固定夹持座和活动夹持座，所述固定夹持座包括用于夹持肌肉纤维试样一端的定探针，所述活动夹持座包括实现水平任意一点位置调节的电动位移平台，和夹持肌肉纤维试样另一端的动探针，所述动探针通过被动位移部件与所述电动位移平台连接，所述被动位移部件用于反应所述肌肉纤维试样的位移，在所述电动位移平台上安装有测量所述被动位移部件位移变化的位移传感器；

光学显微镜，用于观察所述肌肉纤维试样在试验过程中的变形；

测控单元，包括与所述仪器主机连接的计算机，所述计算机用于发送控制指令，同时采集实验过程中各设备的实验数据。

在本发明的一个实施方式中，所述被动位移部件包括变形架，所述变形架为矩形框架，所述矩形框架与所述动探针位于同一水平面上，且所述动探针与所述矩形框架的一个长侧边的中点垂直连接，所述矩形框架的另一个长侧边的中点与所述电动位移平台固定。

在本发明的一个实施方式中，所述被动位移部件包括变形架，所述变形架为环形框架，所述环形框架与所述动探针位于同一水平面上，所述环形框架通过相对的两边分别与所述动探针和所述电动位移平台固定连接。

在本发明的一个实施方式中，在所述动探针与所述变形架的连接点处垂直固定有位移反映杆，所述位移反映杆的顶端与所述位移传感器的测量点对应。

在本发明的一个实施方式中，所述位移传感器为激光位移传感器，在所述位移反映杆的顶端固定有遮挡激光的挡光板。

在本发明的一个实施方式中，在所述位移传感器与所述电动位移平台之间固定有手动调节所述位移传感器与挡光板相对水平位置的手动调节座。

在本发明的一个实施方式中，在所述电动位移平台上固定有安装杆，在所述安装杆的一端固定有垂直于地面的连接板，所述变形架通过支杆与所述连接板固定。

在本发明的一个实施方式中，所述仪器主机还包括分别调节所述动探针和/或所述定探针高度的垂直调节座。

本发明的一个实施方式提供一种设备的测试方法，包括如下步骤：

步骤100，准备用于实验的设备；

步骤200，将待测试肌肉纤维试样的两端分别固定在定探针和动探针上，并通过电动位移平台使肌肉纤维试样处于无载荷的伸直状态；

步骤300，对处于调整状态的肌肉纤维试样按指定要求进行实验；

步骤400，根据肌肉纤维试样的几何参数，实验条件，和位移传感器测量的被动位移部件的位移数据，以及电动位移平台设定的加载参数，即可得到不同条件下肌肉纤维试样的力学行为特点。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤100中的准备工作包括：获取动探针的电压-力特征曲线与安装调试仪器；

所述步骤300中的指定要求包括：将同样长度或不同长度或不同直径的同样肌肉纤维试样浸泡在不同的溶液中，观察肌肉纤维试样的伸缩变化并记录数据；和

利用电动位移平台将同样长度或不同长度或不同直径的同样肌肉纤维试样浸泡在不同的溶液中，然后施加指定的位移加载观察变化并记录数据。

本发明采用的被动位移部件可以精确反应动探针的微小位移变化，通过非接触式位移传感器测量被动位移部件的位移，准确可靠，抗干扰能力强，可测得微米级的位移。在适当的弹性结构刚度下，位移经换算为载荷，可适用于微牛力的测量，这是常规应变片方法很难实现的。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的肌肉纤维试样的测量流程示意图；

图2是图1中仪器主机的结构示意图；

图3是本发明一个实施方式的集成微小力和变形测量功能的传感器结构示意图；

图4是本发明一个实施方式的测试方法步骤示意图。