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生物组织微机-电特性测试的基本概念及应用意义

    对于生物分子、细胞乃至生物组织，都具有电极性，但是在正常情况下，只有生物分子、细胞能显现出这种电极性，

而一般生物组织在正常情况下，它的正负电极性是处于动态平衡中，只有当组织在外部电磁场作用下，或在外力作用下，或处于某种损伤以及某种病理状态下，电的正负极性才失去平衡并显现出明显的电极性变化，例如生物组织的损伤面会与无机材料的断裂面一样富集有负的电荷。

    无论是细胞、基因，还是生物组织又都具有压电性，即在应力作用下可使其发生极化，产生极化电位和极化电流。生物组织如肌肉、骨骼、皮肤、韧带、血浆等都有明显的压电性，尤其是肌腱的压电常数超过了理想压电元件材料—水晶的压电常数。反之，任何具有压电特性的材料如果具有一定的电位，必然产生相应的应力。例如细胞膜的正常电位为107V/m，则细胞膜向内产生的应力有104Pa ，如果细胞膜的电位或应力发生改变，就会导致膜的正常生理功能的改变。获得一定电位（应力、应变）的生物组织，就一定产生相应的应力、应变（电位），可见，机体组织是具有明显的力—电耦合的系统。

    机体组织中的生化反应与任何化学反应一样，都是失去电子和获得电子的过程，或者说，生化反应是电子运动的体现。又由机体的力化学原理可知，无论是持续的应力、或交变应力，或冲击波应力，都会产生相应的生化反应。而力化学反应的实质又是孤电子—自由基反应过程。由此可见，机体组织是力—电—生化反应系统。

    可以进一步对上述模型作这样的理解：当机体接受某种机械或电磁作用时，则机体组织产生的触发应力与激励的生物电位几乎同时发生，并且对引发的化学反应也几乎同时作出相应的贡献。一般说机械信号的传递速度远低于电信号的速度，但是，对于有极化特性和压电特性的生物组织而言，其传播速度是一致的，只是有相位的差异而已。所以，在机体组织中发生的任何生化反应，可以说，在应力触发的同时，也有生物电位的激励。 这一模型与特性的存在，不仅对机体的某些生理、生命现象可作出更为合理的解释，而且可根据这一模型作出进一步有意义的研究工作。 上世纪八十年代研制的人体电场治疗仪，其原理就是建立在生物组织的电极性以及组织病灶部位富集负电荷这一基础上。

    此外，通过将带有正电荷的精氨酸或壳聚糖，直接用于机体的创面，可中和其上富集的负电荷，从而使创伤得到迅速恢复。

    利用生物组织及生物大分子具有电极性这一特点，可在生产中得到许多应用，例如利用生物大分子的电极性和静电引力，可对工业废水或生活污水进行絮凝；利用交变电磁场，可使生物大分子絮凝物充分极化，从而快速沉淀实现分离；通过对生物大分子的反复极化，可以实现断键、降解、活化等。 

       MACH-1多功能微观力学测试系统在生物微机电方面有良好表现，其通过一个专用测试腔室，可以在机电活性材料（例如结缔组织，带电水凝胶等）压缩期间电势分布的同步测量。 该腔室具有5个差分Ag-AgCl电极通道和一个较大的参比电极。 腔室可以充满PBS 溶液(磷酸缓冲盐溶液（phosphate buffer saline)。

--MACH-1为加拿大BIOMOMENTUM公司研发，自1999年以来，与该仪器相关的国际期刊论文已经有将近1000篇。

  --MACH-1是市面上唯一一款可以集成用于压缩，拉伸，横向剪切，摩擦，扭转，不规则表面直接压痕测试，不规则表面直接厚度测试，3D表面图形映射等功能，

  --所对应的材料从金属，塑料，骨等硬材料到薄膜，脑组织、眼角膜等极软的组织材料，从粗的圆盘样品到极细的单纤维丝都可以测量。

  --可表征的机械性能包括刚度、强度、模量、粘弹性、塑性、硬度、附着力、扭转力和位移等。

  --可进行静态力学和动态力学测试分析。

  --可进行96孔板自动压痕分析，可在恒温箱进行测试。

  --3D不规则表面的法向压痕测试是该仪器独有技术。

  --可在压缩状态下测试生物微机电，测量电荷迁移情况。

主要参数：

  --最大行程范围：250mm，T旋转轴360度旋转。

  --轴位移精度：0.1um ，T旋转轴精度0.0005度。

  --测力范围：0-250N

  --传感器精度：标称精度的0.2%，多款规格的传感器可选，精度最小可达0.005mN

  --配备的软件包含图像映射工具和图像分析软件，多轴力学测试和分析软件，3D压痕测试和分析软件（弹性模型），侧限压缩和非侧限压缩测试和分析软件（多孔弹性），作用力下微机电的测试软件等。

关于MACH-1的应用，您也可以参考我们在Bilibili网站发布的视频，搜索关键词BIOMOMENTUM即可。

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