生物軟組織（血管、心肌、皮膚、角膜、軟骨）與仿生水凝膠在體內(nèi)的受力方式極少是單向的：血管壁同時(shí)承受周向與軸向張力，皮膚受拉伸與剪切復(fù)合作用，角膜受眼壓產(chǎn)生的雙軸彎曲張力。BioTester雙軸試驗(yàn)機(jī)專為這類軟物質(zhì)多軸力學(xué)表征而生。它繼承雙軸加載的基本思想，但在夾具設(shè)計(jì)、環(huán)境控制及微小載荷測量上針對生物軟組織的超彈性、大變形、率依賴性做了專項(xiàng)優(yōu)化，是生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室探究"組織—力學(xué)信號"關(guān)系的核心平臺。
 

　　雙軸軟組織加載與微力測量

　　BioTester通常采用四組獨(dú)立伺服步進(jìn)或壓電作動器，呈十字正交布置，每軸配有大量程范圍的高精度微力傳感器（分辨率可達(dá)毫牛級甚至更低），以適應(yīng)軟組織低模量（通常kPa～MPa）特征。試樣裁切成方形或矩形薄片（數(shù)毫米至十余毫米邊長），四邊各縫合或膠粘4～8根不可伸長線，線端分別固定在四組夾頭上。

　　試驗(yàn)時(shí)，對立的兩組夾頭同步反向運(yùn)動施加拉伸，X與Y方向可按預(yù)設(shè)應(yīng)變比（λ?:λ?=1:1等軸，或1:0.5、2:1等非等軸）獨(dú)立編程控制。通過調(diào)節(jié)各軸位移，研究者可模擬不同生理或病理受力狀態(tài)——如動脈環(huán)在生理血壓下的周向/軸向應(yīng)力比。

　　力傳感器實(shí)時(shí)記錄四邊張力，DIC或視頻引伸計(jì)追蹤標(biāo)記點(diǎn)位移計(jì)算中心區(qū)主應(yīng)變ε?、ε?。由此獲得第二Piola-Kirchhoff應(yīng)力或Cauchy應(yīng)力與Green-Lagrange應(yīng)變的關(guān)系，用于擬合超彈性本構(gòu)模型參數(shù)，并分析材料在不同雙軸度下的各向異性響應(yīng)（如動脈周向模量明顯高于軸向）。

　　為維持組織活性，BioTester配備透明溫控浴槽，可恒溫于37℃并持續(xù)供給，試樣全程浸于生理溶液中。部分系統(tǒng)整合了同步鈣成像或顯微觀察端口，實(shí)現(xiàn)力學(xué)刺激與生物學(xué)響應(yīng)的聯(lián)合監(jiān)測。

　　生物力學(xué)應(yīng)用價(jià)值

　　BioTester雙軸試驗(yàn)機(jī)在以下方向發(fā)揮關(guān)鍵作用：

　　心血管組織工程：測定豬/牛/人主動脈、肺動脈、冠狀動脈的雙向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，為人工血管設(shè)計(jì)提供各向異性本構(gòu)數(shù)據(jù)；評估組織工程血管（TEV）在體外力學(xué)訓(xùn)練后的成熟度。

　　皮膚與瘢痕研究：比較正常皮膚與增生性瘢痕組織在雙軸拉伸下的非線性剛度差異，指導(dǎo)仿生敷料開發(fā)。

　　角膜與鞏膜：小尺寸角膜條帶雙軸測試，輔助圓錐角膜早期診斷的力學(xué)指標(biāo)研究。

　　水凝膠與軟機(jī)器人材料：表征高含水軟材料在大變形雙軸載荷下的效應(yīng)、應(yīng)力松弛及循環(huán)滯后。

　　操作中須注意組織對脫水、預(yù)張力及縫合損傷的敏感性——過緊縫合造成局部切割，過松引入影響應(yīng)變計(jì)算。預(yù)調(diào)循環(huán)通常需10～20個(gè)加載-卸載周期使滯后環(huán)穩(wěn)定后再采集數(shù)據(jù)。BioTester雙軸試驗(yàn)機(jī)以貼近生理的加載方式，讓生物軟材料的"力學(xué)語言"被定量解讀，架起了生物力學(xué)與組織工程之間的實(shí)驗(yàn)橋梁。