眼角膜作為眼球前端的透明軟組織，是維持眼內(nèi)壓、保障視覺功能的核心結構，其力學性能（各向異性、超彈性、黏彈性）直接關聯(lián)近視矯正手術（SMILE、PRK）、角膜病變（圓錐角膜）及人工角膜研發(fā)的安全性與有效性。雙軸拉伸測試是模擬角膜在體復雜應力狀態(tài)（受眼內(nèi)壓與外部載荷雙向作用）、精準表征其力學特性的核心手段，相比單軸測試，能更真實還原角膜生理受力狀態(tài)，數(shù)據(jù)更具臨床參考價值。

一、典型測試案例（人 / 豬眼角膜基質(zhì)透鏡）

1. 樣品制備

來源：臨床 SMILE 手術獲取的人眼角膜基質(zhì)透鏡（術后 24h 內(nèi)測試），或實驗用豬眼角膜（與人體角膜力學特性高度相似，常用替代模型）。

規(guī)格：裁剪為4mm×4mm 正方形試樣，對齊角膜鼻 - 顳（NT）、上 - 下（SI）纖維主方向（膠原纖維沿此方向排列，決定各向異性）。

預處理：浸泡于 37℃乳酸緩沖林格液或 PBS 模擬體液，維持組織活性與生理環(huán)境。

2. 測試核心需求

模擬在體環(huán)境：37℃恒溫水浴浸泡，避免組織脫水失活，還原生理體液環(huán)境。

精準加載：雙軸獨立控制，實現(xiàn)等雙軸（1:1）、非等雙軸（1:0.5）加載，匹配角膜纖維各向異性特性。

微觀觀測：同步捕捉應變分布、膠原纖維拉伸取向，建立 “宏觀力學 - 微觀結構" 關聯(lián)。

3. 傳統(tǒng)測試痛點

環(huán)境限制：多數(shù)設備無法集成水浴，試樣暴露空氣中易脫水，力學參數(shù)失真（彈性模量偏高、斷裂強度偏低）。

中心偏移：加載時試樣中心漂移，導致 DIC（數(shù)字圖像相關）應變分析失效，數(shù)據(jù)重復性差。

柔性適配差：角膜質(zhì)地極軟（彈性模量僅 0.1–1MPa），普通夾具易夾傷邊緣，造成應力集中斷裂。

二、解決方案：水浴環(huán)境 + 凱爾原位雙軸試驗機

針對眼角膜測試的核心痛點，凱爾測控 IPBF 系列原位雙軸力學試驗系統(tǒng)提供 “生理水浴環(huán)境 + 原位對稱加載 + 非接觸觀測" 一體化解決方案，適配角膜等極軟生物軟組織測試。

1. 設備核心配置（IPBF-500/1000，適配角膜小載荷）

主機：原位雙軸加載模塊，對稱雙向作動，試樣中心零漂移，保障 DIC 觀測精準度。

水浴環(huán)境模塊：37℃精準控溫耐腐蝕水浴槽，全浸泡式設計，模擬體液環(huán)境，防止角膜脫水；支持 PBS、林格液等多種生理溶液適配。

載荷 / 位移：高精度傳感器（載荷精度 ±0.2% FS，位移分辨率 0.1μm），適配角膜微小力值（0–5N）與大應變（可達 30%）測試凱爾測控技術(天津)有限公司。

非接觸觀測：集成 DIC 系統(tǒng) + 高清顯微相機，實時捕捉雙向應變云圖、膠原纖維取向變化，無需接觸試樣，避免損傷。

專用夾具：微型柔性夾具（BioRakes），細針多點固定，均勻分散應力，防止角膜邊緣撕裂，適配 4mm×4mm 小試樣。

2. 測試流程（標準化操作，數(shù)據(jù)可重復）

環(huán)境準備：水浴槽注入 37℃預熱 PBS，溫度穩(wěn)定至 37±0.5℃；試樣浸泡 10min 平衡，維持活性。

樣品安裝：將正方形角膜試樣對齊 NT/SI 方向，固定于柔性夾具，確保無預拉伸、無氣泡附著。

加載設定：雙軸等比例（1:1）或非比例加載，速率 2mm/min（模擬生理變形速率），預循環(huán) 3 次消除滯后，正式采集載荷 - 位移曲線。

同步觀測：DIC 系統(tǒng)實時記錄應變分布，顯微相機捕捉膠原纖維拉伸過程，同步關聯(lián)力學數(shù)據(jù)與微觀結構演化。

數(shù)據(jù)輸出：自動計算彈性模量、泊松比、斷裂強度、應變能密度，精準表征角膜超彈性與各向異性。

3. 案例測試結果（核心結論）

各向異性：NT 方向彈性模量略高于 SI 方向（人角膜：NT≈0.8MPa，SI≈0.6MPa），與膠原纖維排列密度一致。

水浴影響：37℃水浴環(huán)境下，角膜斷裂應變較干態(tài)提升 40%，彈性模量降低 25%，更接近在體真實力學狀態(tài)。

數(shù)據(jù)可靠性：原位對稱加載設計使測試重復性誤差＜5%，遠優(yōu)于傳統(tǒng)設備（誤差＞15%），滿足科研與臨床數(shù)據(jù)要求。

三、設備核心優(yōu)勢（適配眼角膜測試的關鍵亮點）

水浴原位一體化：國內(nèi)實現(xiàn) “雙軸加載 + 37℃生理水浴 + 原位顯微觀測" 集成，解決角膜脫水難題，數(shù)據(jù)真實還原在體特性。

對稱加載零漂移：雙向對稱作動，試樣中心固定，DIC 應變分析無偏差，適配角膜大變形、低剛度特性。

柔性低損傷設計：微型專用夾具 + 非接觸 DIC 測量，避免夾傷與接觸干擾，保障極軟組織測試成功率。

多模式靈活加載：支持單軸、雙軸比例 / 非比例、循環(huán)加載，可模擬眼內(nèi)壓波動、外部撞擊等復雜生理工況。

四、應用拓展

該方案不僅適用于眼角膜，還可延伸至水凝膠人工角膜、軟骨、皮膚、血管等各類生物軟組織的生理環(huán)境力學測試，為生物材料研發(fā)、臨床手術優(yōu)化、病變機制研究提供核心數(shù)據(jù)支撐。