表征具表面能生物材料的微管吸液法

许多软生物组织具有可观的表面应力，这在其生物物理功能中扮演重要角色，但以往表征其力学性质的方法大多忽略了表面应力的影响。本工作中，我们研究利用微管吸液测量具表面效应的细胞与软组织力学性质。采用 neo-Hookean 本构模型描述被测生物材料的高弹性，并通过有限元法考虑表面效应。研究发现，当吸管半径或吸液长度与弹性毛细长度相当时，表面能可能显著改变吸液响应。一般而言，随着表面能增大，吸液长度与体法向应力均减小，因此忽略表面能将导致弹性模量的高估。通过量纲分析与数值模拟，我们给出了外加压力与吸液长度之间的显式关系。该方法可应用于精确测定软生物组织与器官的力学性质，例如肿瘤与胚胎。