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(xué)性能的研究對研發(fā)大腦保護(hù)防護(hù)措施、醫(yī)療診斷等具有指導(dǎo)作用，腦組織試樣的微創(chuàng)切割是腦組織力學(xué)性能精準(zhǔn)測試的前提條件。目前大多研究都是使用醫(yī)用手術(shù)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(xué)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(gòu)和振動刺入機(jī)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(jìn)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(gòu)。
　　為研究鋸齒絲的切割效果，利用鋸齒絲刀具結(jié)合往復(fù)運動方式進(jìn)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(gòu)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(fù)運動

3、時切入力隨著進(jìn)給切割速度的增大而減小;相反，往復(fù)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(jìn)行了拉伸和松弛實驗，不同應(yīng)變率下腦組織的硬化效應(yīng)表明腦組織具有較強的應(yīng)變率相關(guān)性。通過擬合實驗曲線建立了腦組織的五參粘彈本構(gòu)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(yīng)力失效準(zhǔn)則嵌入ABAQUS中，成功實現(xiàn)粘彈