本发明涉及生物力学与力学生物学实验装置，特别是涉及一种角膜近生理生物力学智能模拟方法及装置。
背景技术：
1、角膜是一种透明、无血管、高度神经支配的组织，位于眼睛的前部，通过上皮细胞和泪膜保护眼表免受外界伤害。角膜像一个透明的窗口，提供眼睛约三分之二的屈光能力。除了作为重要的屈光系统组成成分、对眼内容物提供保护，人眼角膜还是承载组织，具有独特的生物力学特性。力学刺激是细胞生物学功能的重要决定因素，其在决定组织命运或病理状态过程中与化学刺激同等重要。人体活细胞在整个生命过程中不间断地承受各种力学刺激，体外环境和体内生理条件的改变会引起应力和应变改变。而细胞能够根据力学刺激的强度、方向和分布做出多种响应。角膜在体受力环境十分复杂。受力来源主要包括：泪膜运动、眼睑运动、眼内压、人为揉眼和隐形眼镜佩戴等；而受力主要类型包括：剪切应力，压应力，拉伸应力等。
2、由于位于眼球外部，角膜极易受到各种各样的损伤。而眼部的创伤、损伤和感染会导致不同程度的角膜缺陷和视力损害。角膜缺陷和疾病是全球第三大常见的视力障碍原因。据估计，全球有420万人经历了视觉上明显的角膜混浊。角膜失明对生活质量和经济生产力造成重大影响。角膜移植是治疗角膜盲症的唯一有效治疗手段，而目前医学界面临角膜供体严重不足的难题。据统计全世界每一千万名需要角膜移植的患者中，因角膜捐赠的短缺而导致角膜盲的就有150-200万人。角膜替代材料是理想的新型移植选择，由于角膜解剖生理结构的特殊性，目前评价角膜替代材料的方法很少，还未实现标准化。
3、角膜组织结构复杂，不同角膜层的力学特性存在差异，目前针对角膜组织的力学加载装置存在破坏角膜完整性、加载手段单一、加载方式与在体存在差异等问题。此外，多种动物已用于角膜相关研究，目前已知各物种角膜组织结构间存在差异，但是对此并无统一的检测装置及公认标准。根据近年来的研究调研，评测角膜替代材料性能往往局限于材料透明度和生物相容性。而在各种角膜疾病的发生发展过程中，往往伴随着角膜的力学环境的异常改变。同时，角膜修复材料的力学性能对于其在角膜移植术中的机械强度耐受性和术后的长期稳定性和功能恢复能力至关重要。目前，实验研究中大部分的力学生物学加载方法不满足角膜的生理特性，仍处于对细胞进行简单的力学加载阶段。角膜替代材料的评测环境与临床使用下的环境存在较大差异会导致评测效益差、评测不足，甚至导致临床使用风险。除此之外，了解角膜环境力学因素及角膜替代材料力学特性对角膜细胞形态及功能的影响有助于理解角膜疾病的发生发展及损伤修复。目前的力学加载方式单一，无法模拟生理状态下角膜的力学环境，导致力学因素对角膜细胞功能的影响及其机制还未有系统认知，同时由于技术的缺失，导致有关角膜损伤修复的角膜细胞-材料复合物的研究仍停留在仅观察生物相容性的阶段，缺少在体力学环境下细胞与修复材料相互作用及其机制的了解。
4、因此目前有必要研究出一种能够智能化模拟角膜生理生物力学环境的技术用于角膜组织及材料的力学性能检测，获取近生理状态下的材料力学属性，亦可用于细胞的力学加载，以观察近生理力学加载后的细胞行为及功能变化。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种角膜近生理生物力学智能模拟方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，智能模拟方法及装置可用于角膜组织及材料的力学性能检测，获取近生理状态下的材料属性；还可用于细胞的力学加载，以观察近生理力学加载后的细胞行为及功能变化。
2、便于获取角膜近生理状态下的材料力学属性。
3、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
4、本发明提供一种角膜近生理生物力学智能模拟方法，包括：
5、构造试验环境：在力载荷腔内固定角膜样片，所述角膜样片将所述力载荷腔分隔为上腔和下腔；
6、加载力：朝所述上腔和/或所述下腔内注入流体来借助流体压力和/或流动力模拟真实的体内力学环境。
7、优选的，通过压力加载组件向所述下腔内注入流体以使得所述角膜样片朝所述上腔膨起并形成膨起部；通过流动剪切力加载组件自所述上腔一侧注入流体并自所述上腔另一侧流出以流经所述膨起部；通过在所述上腔内设置流量传感器检测进入所述上腔的流体；通过在所述下腔内设置压力传感器检测所述下腔内的液压。
8、优选的，所述上腔和所述下腔连通处的周向边沿设置有一个环形固定组件，通过所述固定组件张紧并固定所述角膜样片。
9、优选的，所述固定组件包括环形硅胶垫圈和卡块，所述环形硅胶垫圈固定设置于所述力载荷腔内，所述环形硅胶垫圈围绕所述力载荷腔内壁设置，所述环形硅胶垫圈上沿着周向依次开设有多个卡口或卡槽，一个所述卡口对应一个所述卡块，所述环形硅胶垫圈上用于铺设所述角膜样片，所述卡块用于卡进所述卡口或卡槽内并将所述角膜样片压紧固定。
10、优选的，包括试验装置，在所述试验装置内形成所述力载荷腔，所述试验装置为乳白色的树脂制作而成。
11、优选的，所述流动剪切力加载组件包括第一蓝盖瓶和第一蠕动泵，所述第一蓝盖瓶、所述第一蠕动泵以及所述上腔通过管路依次连通；通过所述第一蠕动泵对所述角膜样片加载流动剪切力；所述压力加载组件包括第二蓝盖瓶和第二蠕动泵，所述第二蓝盖瓶、所述第二蠕动泵以及所述下腔通过管路依次连通；通过所述第二蠕动泵对所述角膜样片加载液体膨胀压。
12、优选的，所述流量传感器、所述压力传感器、所述第二蠕动泵以及所述第一蠕动泵与控制系统通信连接。
13、优选的，所述试验装置包括可拆卸的上箱和下箱。
14、优选的，所述角膜样片为多物种多层次角膜组织、角膜修复材料、角膜细胞、细胞-材料复合物中任意一种或多种组合。
15、本发明还提供一种角膜近生理生物力学智能模拟装置，包括：
16、力载荷腔，用于容纳并固定角膜样片，所述角膜样片将所述力载荷腔分隔为上腔和下腔；
17、压力加载组件，用于向所述下腔内注入流体以使得所述下腔内压力达到设定值，所述下腔内的压力流体能够使所述角膜样片朝所述上腔膨起并形成膨起部；
18、流动剪切力加载组件，用于使流体自所述膨起部的一侧流向另一侧；
19、压力传感器，其检测端置于所述下腔内并用于检测所述下腔内的流体压力后反馈给控制系统；以及
20、流量传感器，其检测端置于所述上腔内并用于检测进入所述上腔内流体的流量后反馈给控制系统。
21、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22、第一、本发明公开的角膜近生理生物力学智能模拟方法能够多维度、较为准确地模拟角膜等角膜在体内的环境。就力学环境而言：本装置可以参考被测材料实验体种属角膜所受眼内压与流动剪切力的正常范围随时调整装置施加力的大小，根据在体受力形式如泪膜流动、房水等内容物膨起利用流体来模拟力的方向与作用点。
23、第二、本发明公开的模拟装置上腔上半部分为空气联通式，更加符合角膜在体的气液环境。因此本装置在评测角膜相关材料过程中，能够构建更加近生理的环境，减少由于模拟不充分带来的误差，灵活地、精准地、多方位地评估材料理化性能和生物学性能，降低后续实验或临床应用的风险
24、第三、本发明公开的模拟装置在硬件设施上，加流量传感器、压力传感器等力学器件，在实现精准度地同时也更好地服务于体外模拟近生理地可控性与可视性。在评测使用的过程中能够实时、准确地观察到模拟环境的保真度或者能够及时予以相关校正。所以，本发明可以同时近生理的对细胞及材料加载静态液体压力和流动剪切力，并对加载的应力大小进行可视化调节。
1.一种角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：通过压力加载组件向所述下腔内注入流体以使得所述角膜样片朝所述上腔膨起并形成膨起部；通过流动剪切力加载组件自所述上腔一侧注入流体并自所述上腔另一侧流出以流经所述膨起部；通过在所述上腔内设置流量传感器检测进入所述上腔的流体；通过在所述下腔内设置压力传感器检测所述下腔内的液压。
3.根据权利要求1所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：所述上腔和所述下腔连通处的周向边沿设置有一个环形固定组件，通过所述固定组件张紧并固定所述角膜样片。
4.根据权利要求3所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：所述固定组件包括环形硅胶垫圈和卡块，所述环形硅胶垫圈固定设置于所述力载荷腔内，所述环形硅胶垫圈围绕所述力载荷腔内壁设置，所述环形硅胶垫圈上沿着周向依次开设有多个卡口或卡槽，一个所述卡口对应一个所述卡块，所述环形硅胶垫圈上用于铺设所述角膜样片，所述卡块用于卡进所述卡口或卡槽内并将所述角膜样片压紧固定。
5.根据权利要求1所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：包括试验装置，在所述试验装置内形成所述力载荷腔，所述试验装置为乳白色的树脂制作而成。
6.根据权利要求2所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：所述流动剪切力加载组件包括第一蓝盖瓶和第一蠕动泵，所述第一蓝盖瓶、所述第一蠕动泵以及所述上腔通过管路依次连通；通过所述第一蠕动泵对所述角膜样片加载流动剪切力；所述压力加载组件包括第二蓝盖瓶和第二蠕动泵，所述第二蓝盖瓶、所述第二蠕动泵以及所述下腔通过管路依次连通；通过所述第二蠕动泵对所述角膜样片加载液体膨胀压。
7.根据权利要求6所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：所述流量传感器、所述压力传感器、所述第二蠕动泵以及所述第一蠕动泵与控制系统通信连接。
8.根据权利要求5所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：所述试验装置包括可拆卸的上箱和下箱。
9.根据权利要求1所述的角膜近生理生物力学智能模拟方法，其特征在于：所述角膜样片为多物种多层次角膜组织、角膜修复材料、角膜细胞、细胞-材料复合物中任意一种或多种组合。
10.一种角膜近生理生物力学智能模拟装置，其特征在于：包括：
