角膜生物力學(xué):解密眼角膜的“韌性"
核心概念
原位拉伸測(cè)試是一種離體的力學(xué)測(cè)試方法,用于直接測(cè)量眼角膜組織在受控拉伸力作用下的力學(xué)響應(yīng),從而獲得其最根本的力學(xué)屬性,如應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、彈性模量、極限拉伸強(qiáng)度等。

1. 測(cè)試目的與重要性
這種測(cè)試主要用于基礎(chǔ)科學(xué)研究和應(yīng)用工程研究,目的包括:
建立精確的眼角膜本構(gòu)模型:了解角膜在不同方向、不同速率載荷下的力學(xué)行為,為計(jì)算機(jī)模擬提供準(zhǔn)確的輸入?yún)?shù)。
研究眼部疾病機(jī)制:探究圓錐角膜、角膜膨隆等疾病如何改變角膜的生物力學(xué)性能。
評(píng)估手術(shù)效果:研究激光手術(shù)、角膜交聯(lián)術(shù)等如何影響角膜的力學(xué)強(qiáng)度。
開(kāi)發(fā)新型材料:為設(shè)計(jì)人工角膜、角膜植入物提供力學(xué)性能對(duì)標(biāo)。
驗(yàn)證臨床設(shè)備:將離體測(cè)試得到的“真實(shí)"力學(xué)數(shù)據(jù)與ORA等臨床設(shè)備的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和校準(zhǔn)。

2. 測(cè)試流程與方法
這是一個(gè)高度標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)室流程:
1. 樣本制備:
獲取捐贈(zèng)的人體或動(dòng)物眼角膜。
將角膜切割成特定的標(biāo)準(zhǔn)形狀(如啞鈴狀、條帶狀),以確保測(cè)試區(qū)域的應(yīng)力分布均勻。
2. 安裝與環(huán)境控制:
將制備好的角膜樣本的兩端牢固地夾在拉伸臺(tái)的上下夾具中。
將整個(gè)裝置置于一個(gè)生理環(huán)境模擬槽中,槽內(nèi)充滿恒溫的生理鹽水,以保持角膜組織的濕潤(rùn)和生理狀態(tài)。
3. 施加載荷與數(shù)據(jù)采集:
拉伸:拉伸臺(tái)以預(yù)設(shè)的速率緩慢、穩(wěn)定地拉伸樣本。
測(cè)量:
力傳感器實(shí)時(shí)記錄施加在樣本上的拉力。
位移傳感器記錄樣本的伸長(zhǎng)量。
許多先進(jìn)的系統(tǒng)會(huì)集成光學(xué)測(cè)量系統(tǒng),用于實(shí)時(shí)追蹤樣本上的局部應(yīng)變分布,這比單純的夾頭位移更精確。
4. 數(shù)據(jù)分析:
應(yīng)力-應(yīng)變曲線:將記錄的力和位移數(shù)據(jù),結(jié)合樣本的原始尺寸,轉(zhuǎn)換為應(yīng)力和應(yīng)變,并繪制成曲線。
關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算:
彈性模量:曲線初始線性部分的斜率,代表角膜抵抗拉伸的“剛度"。這是最重要的力學(xué)參數(shù)之一。
極限拉伸強(qiáng)度:角膜在被拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。
斷裂應(yīng)變:角膜在被拉斷前能伸長(zhǎng)多少。
3. 原位拉伸測(cè)試 vs. 臨床生物力學(xué)測(cè)試

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