尔迪盘点|布鲁克生物材料与医疗器械表征方案

盘点布鲁克原子力显微镜、纳米压痕技术、白光干涉技术、摩擦磨损机械性能测试机、纳米红外显微技术，针对生物材料与医疗器械领域的部分表征方案。

原子力显微镜用于生物医用材料的研究

布鲁克原子力显微镜在生物医用材料领域用途广泛，可以表征包括生物材料、医疗器械、生物分子、细胞、组织等在内的多种类型样品。除了常规的表征材料微观形貌以外，还能表征材料力学性能、细胞-材料-生物分子相互作用等。结合高速成像技术，还能获得这些参数的动态变化。

生物组织存在跨尺度的多种分级结构，生物材料的设计也引入各种微观结构。这些微观结构与其生物效应密切相关。

纳米压痕原位测量微区力学性能

布鲁克纳米压痕的XPM（快速多点物性成像）功能通过高通量压痕测试，在微区实现高速点阵式精准定位测量，实现硬度、模量等力学性能成像。

如图所示，深区（Deep Zone）最靠近骨骼，进一步 向外移动，分别为中间区(Middle Zone)，浅表切向区 （STZ）和关节表面(Articular surface)。这四个区域 的机械性能各不相同，这意味着需要高空间分辨率 来表征局部组织的特性。

这符合常理，因为与模量成反比的流体含量在STZ附近增加。其模量接近在关节表面上测量的大小，但以较关节表面略高的值稳定分布。这种各向异性可能来自平行于关节表面的胶原 原纤维的优先排列。在深区观察到的离散增大，可能与压痕处材料结构差异增大相关。

白光干涉仪定量评价表面质量

布鲁克的纳米红外系统（Anasys nanoIR）采用

光热诱导共振技术实现纳米微区的红外信号采集。利用原子力探针作为样品红外吸收的传感器，获得超高灵敏度的红外光谱和红外成像，化学成像空间分辨能力可以达到10nm。用于生物医学样本的微观化学结构表征，为理解生物组织纳米尺度结构与生物功能及物理特性之间的相互关联、药物-细胞/组织的相互作用、疾病的早期诊断和治疗提供新启示和新思路。

对于生物组织，如：骨骼、牙齿、头发、皮肤等，纳米红外也可以提供直接的纳米区域化学结构研究。

摩擦磨损试验定量评价生物材料摩擦磨损性能

上图是钛合金基底及三种不同表面改性涂层（氨丙基三乙氧基硅烷，氧化石墨烯复合氨丙基三乙氧基硅烷，和还原氧化石墨烯复合氨丙基三乙氧基硅烷）的摩擦磨损特性。