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chiaro是功能強大的細(xì)胞納米壓痕儀，可探索單細(xì)胞、水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機械特性。表征尺度從宏觀直至細(xì)胞。專為分析測試軟材料而設(shè)計，測量復(fù)雜和不規(guī)則材料在生理條件下的力學(xué)性能。

一、產(chǎn)品概述

Chiaro 細(xì)胞納米壓痕儀由 Optics11 公司匠心打造，是一款專為軟物質(zhì)材料機械性能測試而設(shè)計的儀器，在材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、組織工程等多領(lǐng)域展現(xiàn)出的應(yīng)用價值。它融合優(yōu)良的光學(xué)技術(shù)與精密的力學(xué)測量系統(tǒng)，為科研人員深入探究材料微觀力學(xué)特性提供了強大助力。

二、核心技術(shù)

（一）Fiber On Top 光纖探針技術(shù)

Chiaro 細(xì)胞納米壓痕儀采用的 Fiber On Top 光纖探針技術(shù)，將光纖巧妙集成于壓痕探頭上。該技術(shù)利用干涉儀反饋回路，能精準(zhǔn)感知探針的微小位移變化，從而實現(xiàn)對施加力及壓痕深度的超高精度測量。與傳統(tǒng)壓痕技術(shù)相比，極大地提升了測量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，有效降低外界干擾對測試結(jié)果的影響，為復(fù)雜軟物質(zhì)材料的力學(xué)性能分析提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（二）閉環(huán)控制 XY 平臺

配備閉環(huán) XY 平臺，在 X、Y 方向均具備 12 毫米行程范圍，定位精度可達(dá)亞微米級。這一特性使得儀器在對樣品進行多點測量或繪制力學(xué)性能圖譜時，能夠精準(zhǔn)定位測試位點，確保每次壓痕都能準(zhǔn)確落在目標(biāo)區(qū)域，滿足對樣品微觀力學(xué)性能精細(xì)表征的需求，可輕松應(yīng)對單細(xì)胞、微組織等微小樣本的測試挑戰(zhàn)。

（三）長行程壓電陶瓷 Z 軸

Z 軸采用長行程壓電陶瓷，擁有 100μm 的行程范圍，可實現(xiàn)更深的壓痕深度測量。對于一些需要探究材料亞表面力學(xué)性能的研究，如生物組織不同深度層次的力學(xué)特性分析，該長行程設(shè)計能夠深入樣品內(nèi)部獲取關(guān)鍵信息，且壓電陶瓷的高精度控制確保壓痕深度的調(diào)節(jié)精準(zhǔn)可控，為全面解析材料力學(xué)行為提供保障。

三、性能參數(shù)

（一）楊氏模量測試范圍

楊氏模量測試范圍為 5 Pa - 1 GPa，從極其柔軟的水凝膠、細(xì)胞外基質(zhì)，到相對較硬的部分生物材料等各類軟物質(zhì)均能有效測量。廣泛的測試范圍使其適用于多種研究場景，無論是模擬細(xì)胞微環(huán)境的軟質(zhì)材料，還是具有一定剛性的組織工程支架材料，Chiaro 都能準(zhǔn)確給出其楊氏模量數(shù)值，助力科研人員深入了解材料的彈性特性。

（二）力學(xué)分辨率

力學(xué)分辨率高達(dá) 20 pN，能夠敏銳感知極微小的力變化。在對細(xì)胞、微結(jié)構(gòu)等對力敏感的樣本進行測試時，如此高的力學(xué)分辨率可捕捉到材料在受力過程中的細(xì)微力學(xué)響應(yīng)，為研究材料在微觀尺度下的力學(xué)行為提供高精度數(shù)據(jù)，如單細(xì)胞在不同生理狀態(tài)下對微小外力的彈性形變及力學(xué)反饋研究。

（三）最大壓痕深度

最大壓痕深度可達(dá) 100μm，滿足對材料表面及亞表面力學(xué)性能探究的需求。在研究生物組織、類器官等樣本時，可深入到一定深度獲取不同深度層面的力學(xué)信息，幫助分析材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，例如研究腫瘤組織不同深度的硬度變化，為腫瘤侵襲機制研究提供力學(xué)數(shù)據(jù)支持。

四、功能特點

（一）多模式測試功能

準(zhǔn)靜態(tài)測試：可進行單點和矩陣壓痕測試，精準(zhǔn)測量材料在靜態(tài)加載條件下的力學(xué)性能，如彈性模量等關(guān)鍵參數(shù)。科研人員通過設(shè)定不同的加載速率、壓痕深度等參數(shù)，模擬材料在實際應(yīng)用場景中的靜態(tài)受力情況，深入分析材料的彈性響應(yīng)特性。

應(yīng)力松弛與蠕變測試：能開展應(yīng)力松弛和蠕變測試，用于研究材料在恒定載荷或恒定位移作用下，應(yīng)力隨時間的衰減情況以及形變隨時間的發(fā)展趨勢。這對于了解生物材料、聚合物等的粘彈性行為至關(guān)重要，例如在生物可降解材料的研究中，通過此類測試評估材料在體內(nèi)環(huán)境下隨時間的力學(xué)穩(wěn)定性。

動態(tài)力學(xué)分析（DMA）：開創(chuàng)性地加入動態(tài)力學(xué)分析功能，可獲取材料在不同振動頻率下的儲存模量（E'）、損耗模量（E''）和損耗因子（tanδ）。通過該功能，能夠深入探究材料在交變力作用下的粘彈性力學(xué)損耗及能量儲存與釋放特性，為材料在動態(tài)載荷環(huán)境下的應(yīng)用提供關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)，如在心血管組織模擬脈動血流力學(xué)環(huán)境的研究中發(fā)揮重要作用。

（二）顯微鏡兼容特性

Chiaro 可與大多數(shù)倒置顯微鏡無縫兼容，能夠在對樣品進行力學(xué)性能測試的同時，利用顯微鏡的高分辨率成像功能實時觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)及壓痕過程。研究人員能夠直觀地將材料的力學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)特征相對應(yīng)，例如在單細(xì)胞測試中，觀察細(xì)胞在受力過程中的形態(tài)變化與力學(xué)參數(shù)改變之間的關(guān)系，為深入理解材料的力學(xué)行為機制提供可視化依據(jù)。它還能與明場、相差、熒光、共聚焦等多種成像設(shè)備集成，進一步拓展研究維度，滿足不同實驗對成像分析的多樣化需求。

（三）操作簡便與數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢

操作便捷性：操作流程簡單易懂，用戶只需將預(yù)先校準(zhǔn)好的探頭插入儀器，通過儀器自帶的自動尋找樣品表面功能，快速完成測試前準(zhǔn)備工作，即可開始壓痕實驗。整個操作過程無需復(fù)雜的專業(yè)技能培訓(xùn)，大大節(jié)省實驗時間，提高實驗效率，即使對于初次使用的研究人員也能輕松上手。

數(shù)據(jù)采集與分析：實驗過程中實時采集力與位移等數(shù)據(jù)，并自動存儲為文本文件格式，方便后續(xù)導(dǎo)入 Dataviewer 軟件或其他常用數(shù)據(jù)分析軟件進行深度處理。儀器配套軟件功能強大，支持多種力學(xué)模型計算，用戶可根據(jù)樣品特性選擇合適模型，對壓痕數(shù)據(jù)進行分析，快速獲取材料的楊氏模量、硬度等力學(xué)參數(shù)，并生成詳細(xì)、直觀的力學(xué)性能報告，為科研成果的總結(jié)與發(fā)表提供有力支持。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

細(xì)胞力學(xué)研究：用于單細(xì)胞及細(xì)胞層的力學(xué)性能測試，探究細(xì)胞在不同生理、病理狀態(tài)下的力學(xué)特性變化。例如，研究癌細(xì)胞與正常細(xì)胞在彈性、粘附性等力學(xué)方面的差異，為癌癥早期診斷及治療靶點的發(fā)現(xiàn)提供新的力學(xué)標(biāo)志物；分析干細(xì)胞在分化過程中的力學(xué)變化，深入理解細(xì)胞分化的力學(xué)調(diào)控機制，助力干細(xì)胞治療技術(shù)的發(fā)展。

組織工程與再生醫(yī)學(xué)：對生物支架、類器官、生物工程組織等進行力學(xué)性能評估，指導(dǎo)組織工程材料的設(shè)計與優(yōu)化。通過測量支架材料的彈性模量、壓縮強度等參數(shù)，確保其與目標(biāo)組織的力學(xué)性能相匹配，提高細(xì)胞在支架上的粘附、增殖及分化效果，加速功能性組織構(gòu)建；評估生物工程組織在體外培養(yǎng)過程中的力學(xué)成熟度，為其臨床應(yīng)用提供力學(xué)性能依據(jù) 。

疾病機制研究：測量病變組織（如纖維化組織、腫瘤組織）與正常組織的力學(xué)性能差異，將力學(xué)特性作為疾病診斷和病情監(jiān)測的輔助指標(biāo)。例如，通過檢測肝臟組織在纖維化進程中的硬度變化，輔助肝病的早期診斷與病情評估；研究心血管疾病中血管組織的力學(xué)性能改變，深入了解疾病發(fā)生發(fā)展機制，為心血管疾病治療策略的制定提供力學(xué)層面的參考。

（二）材料科學(xué)領(lǐng)域

軟物質(zhì)材料表征：對水凝膠、彈性體、活性聚合物、微納米顆粒等軟物質(zhì)材料進行全面力學(xué)性能測試，詳細(xì)描述其力學(xué)行為，如應(yīng)變硬化、粘度等特性。幫助研究人員深入理解材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為材料的合成、改性及加工工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵力學(xué)數(shù)據(jù)支持，推動新型軟物質(zhì)材料的研發(fā)與應(yīng)用。

材料微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能關(guān)系研究：利用 Chiaro 的高精度壓痕及顯微鏡成像功能，研究材料微觀結(jié)構(gòu)（如晶體結(jié)構(gòu)、相分布、微觀缺陷等）對宏觀力學(xué)性能的影響。通過對材料微觀結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)參數(shù)進行關(guān)聯(lián)分析，揭示材料力學(xué)性能的微觀本質(zhì)，為材料微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和新材料的開發(fā)提供理論指導(dǎo) 。

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