仿生微納鋸齒絲切割超軟腦組織的研究.pdf

1、腦組織屬于超軟生物組織，其力學性能的研究對研發(fā)大腦保護防護措施、醫(yī)療診斷等具有指導作用，腦組織試樣的微創(chuàng)切割是腦組織力學性能精準測試的前提條件。目前大多研究都是使用醫(yī)用手術刀或者壓制模具來直接制備試樣，由于腦組織質(zhì)地極其柔軟，在切割過程中易對腦組織造成損傷，影響腦組織力學性能測試的真實性。
　　蚊子能夠以極低的刺入力刺入皮膚，主要歸因于其下顎兩端精致的微納結(jié)構和振動刺入機制。受蚊子這種“無痛刺入”方式的啟發(fā)，本文通過SEM和XRD

2、分析，探索出一種可將金屬微納顆粒結(jié)到金屬絲表面制備鋸齒絲方法:將原始鉬絲用砂紙打磨后進行酸化，從而在鉬絲表面引入活性吸附位，隨后將鉬絲置于鹽鐵溶液浸泡，鉬絲表面會覆蓋一層吸附層，最后經(jīng)過高溫煅燒在鉬絲表面形成鋸齒結(jié)構。
　　為研究鋸齒絲的切割效果，利用鋸齒絲刀具結(jié)合往復運動方式進行了系列切割實驗，結(jié)果表明由于鋸齒絲表面的微納結(jié)構和振動切割聯(lián)合作用，切割力顯著減小;研究了切割速度和振動頻率因素對切割力的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，無往復運動

3、時切入力隨著進給切割速度的增大而減小;相反，往復運動時切入力隨著切割速度的增大而略有增加;振動頻率(8-24 Hz)對切入力影響不明顯;相對于振動頻率，切入力對切割速度更為敏感。
　　最后對腦組織進行了拉伸和松弛實驗，不同應變率下腦組織的硬化效應表明腦組織具有較強的應變率相關性。通過擬合實驗曲線建立了腦組織的五參粘彈本構模型，利用自定義子程序VUMAT將腦組織的粘彈性屬性及等效Mises應力失效準則嵌入ABAQUS中，成功實現(xiàn)粘彈