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摘要
最近對去細胞化組織工程心臟瓣膜（DTEHVs）的研究表明，隨著時間的推移，宿主細胞再造迅速，瓣膜功能不全隨時間推移而增加，與小葉縮短有關(guān)。使用計算模擬發(fā)現(xiàn)了對這一結(jié)果的可能解釋，該模擬揭示了在承受生理壓力條件時原始瓣膜幾何形狀中的徑向小葉壓縮。因此，建議改進幾何形狀，使徑向小葉延伸能夠抵消宿主細胞介導(dǎo)的縮回。在這項研究中，我們提出了一種解決方案，通過在培養(yǎng)過程中使用約束生物反應(yīng)器插入物來施加這種新幾何形狀。基于人類細胞的DTEHV（n = 5）就是這樣產(chǎn)生的，導(dǎo)致擴大的凝血面積和深刻的腹部彎曲。細胞外基質(zhì)分布均勻，在凝聚區(qū)具有圓周膠原排列和整體組織各向異性?；?/span>體外功能實驗，這些DTEHV在生理性肺條件下表現(xiàn)出稱職的流體動力學(xué)功能，并且具有抗疲勞性，在體內(nèi)模擬中具有長達16周的穩(wěn)定功能?；趯嵤┑臋C械數(shù)據(jù)，我們的計算模型顯示，通過獲得的幾何調(diào)整，橈骨組織壓迫顯著降低。因此，這些改進的DTEHV預(yù)計不易發(fā)生宿主細胞介導(dǎo)的小葉縮回，并且在植入后仍將保持能力。
使用雙軸拉伸試驗機（BioTester，5 N稱重傳感器;CellScale，滑鐵盧，加拿大）與LabJoy軟件（V8.01，CellScale）結(jié)合使用。兩個方形樣品（36 mm2每個）每個瓣膜都對稱地從腹部區(qū)域切開。使用電子卡尺（CD-15CPX，日本三豐）在3個隨機位置測量樣品厚度并取平均值。樣品在徑向和圓周方向上均等側(cè)拉伸至20%的應(yīng)變，應(yīng)變率為每分鐘*。拉伸后，樣品以每分鐘*的應(yīng)變率恢復(fù)到0%應(yīng)變，然后靜置54 s。在測量最終應(yīng)力之前，樣品用其中的5個循環(huán)進行預(yù)處理。在徑向和圓周方向上通過每個單獨的數(shù)據(jù)集擬合了高階多項式曲線。組織的剛度由切線模量表示，并定義為在20%應(yīng)變下與擬合多項式曲線的切線。
控制閥的平均拉伸曲線顯示，在徑向方向上，柯西應(yīng)力范圍在徑向200-300 kPa之間，在20%應(yīng)變下在圓周方向上在300-400 kPa之間（圖6a），表明組織各向異性。從所有閥門的平均等雙軸拉伸試驗中，與徑向（p = 0.035）相比，圓周方向的切線模量顯著高于徑向（p = 0.035），分別為3.59±0.95和2.47±20%應(yīng)變時為0.74 MPa（圖6b）。
DTEHV的機械性能。從對照組的徑向和圓周方向的等雙軸拉伸試驗中獲得的平均應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線顯示柯西應(yīng)力范圍在200-400 kPa（a）之間。擬合曲線用作計算模擬 （a） 的材料參數(shù)。計算出的所有DTEHV的切線模量顯示，與徑向相比，圓周方向的組織剛度顯著增加（*p = 0.035）（b）。所有值都表示為平均值±標準差。
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由于其定向取向的微觀結(jié)構(gòu)，雙軸測試對于理解生物材料的機械性能而言是至關(guān)重要的。BioTester系統(tǒng)的設(shè)計使雙軸測試變得簡單，使用戶可以專注于結(jié)果而不是測試本身。BioTester彈性模量力學(xué)試驗機
4個高性能的執(zhí)行機構(gòu)，帶有直列加載傳感器
使用基于圖像應(yīng)變測量工具的高分辨率CCD成像
包括BioRakes在內(nèi)的多種附著選項，可快速可靠地安裝樣品
集成溫控介質(zhì)浴
功能齊全的用戶界面軟件，可進行實時反饋的簡單、循環(huán)、松弛和多模式測試
BioRake樣品安裝系統(tǒng)使用了CellScale技術(shù)的附著軟組織和生物材料的方法。
每根尖齒都經(jīng)過電化學(xué)銳化，可以輕松刺穿最硬和最脆弱的組織樣本。每套都地連接到一個共同的基座，可以同時刺穿所有20個連接點。磁力安裝的BioRakes便于清潔或更換，可以實現(xiàn)BioRake、平衡滑輪和夾具安裝系統(tǒng)之間的輕松轉(zhuǎn)換。
進行測試時，使用手動升降機構(gòu)將樣本定位并升高到位，并施加壓力以將鉤子插入組織中。樣品因此可以在幾秒鐘內(nèi)安裝好并做好分析準備。安裝一氣呵成、準確易操作。
BioRakes的齒間距從0.7毫米到2.2毫米不等，以適應(yīng)從3到15毫米大小的標本。
兩個雙端定制縫合鉤被用來在樣品的每一側(cè)上創(chuàng)建4個附著點。兩級不銹鋼滑輪機構(gòu)確保在測試過程中每根縫線保持相同的張力。
滑輪機構(gòu)采用磁性安裝方式，便于拆卸清潔，并使BioRake、平衡滑輪和夾具安裝系統(tǒng)之間輕松過渡。
使用十字形試樣可以讓比基礎(chǔ)材料更弱的附著位置遠離試樣的測量區(qū)域移動。夾具讓樣品可以很容易地加載并且牢固地就位。
不銹鋼夾緊機構(gòu)安裝在與其他附著系統(tǒng)相同的支架上，以便在BioRake、平衡滑輪和夾具安裝系統(tǒng)之間快速簡單的轉(zhuǎn)換。
還可以進行定制夾具設(shè)計，以適應(yīng)您的組織對夾緊力和夾緊表面的要求。
測試參數(shù)（如位移量、持續(xù)時間和數(shù)據(jù)/圖像采集速率）以表格格式，以便快速訪問和修改。位移和受力測試都可以針對每個軸獨立。一旦建立了協(xié)議，就可以使用模板系統(tǒng)快速重新加載所需的測試參數(shù)。
軟件界面在測試設(shè)置期間向用戶提供實時成像和當(dāng)前的力、位置和溫度的信息。在測試運行時，軟件提供實時結(jié)果圖形和實時視頻饋送，以方便用戶監(jiān)視測試進度。BioTester彈性模量力學(xué)試驗機
如果詢問使用我們設(shè)備的用戶，他們會很快告訴您這個軟件包是多么的直觀和有用。
BioTester包含一個圖像分析軟件模塊，可用于查看和分析測試圖像，提供有價值的定量和定性信息。該模塊可以用來導(dǎo)出用于演示目的.avi視頻或帶有數(shù)據(jù)疊加層的圖像。
BioTester包含一個高分辨率的相機，在測試過程中可以很好地觀察樣品。所收集的圖像（按用戶輸入的頻率）自動和力位移數(shù)據(jù)進行時間關(guān)聯(lián)，以便軟件模塊可以將所有的測試信息供用戶選用。
軟件模塊的圖像跟蹤功能可以快速輕松地分析測試圖像，以確定樣本表面上一個或多個點的平面內(nèi)運動。這個跟蹤信息提供了直接的標本應(yīng)變測量，而不依靠由夾點運動計算的應(yīng)變。通過追蹤多點組成的網(wǎng)格，可以研究樣品不同區(qū)域的應(yīng)變。
Chung-Hao Lee教授 (Oklahoma) 關(guān)于瓣膜
BioTester圖像跟蹤示例
丹佛大學(xué)心臟組織測試
KU Leuven的心血管組織測試
內(nèi)布拉斯加大學(xué)的動脈壁測試
在滑鐵盧大學(xué)進行腰椎間盤組織測試
BioTester 演示
用縫線進行BioTester測試
| 外形尺寸 | 60 X 60 X 80cm |
| 重量 | 18kg |
| 力的大小 | 23N |
| 可用的加載傳感器 | 0.5, 1.5, 2.5, 5, 10, 23N |
| 力的準確性 | 加載傳感器容量0.2% |
| 最大夾點分離 | 80mm |
| 最大速度 | 10mm/s |
| 最大循環(huán)頻率 | 2Hz |
| 最大數(shù)據(jù)速率 | 100Hz |
