本構(gòu)模型對于預測材料的力學行為是必要的。然而由于生物組織的定向纖維結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)出明顯的機械各向異性，傳統(tǒng)單軸試驗產(chǎn)生的應力-應變數(shù)據(jù)不能直接外推到廣義的三維本構(gòu)方程。而生物組織通常被認為是不可壓縮的，對于二維應力狀態(tài)的平面雙軸測試，可用于表征其機械性能并驗證本構(gòu)模型。

關于軟材料/生物組織的雙軸應力-應變主要挑戰(zhàn)包括：較小的樣本尺寸，取材位置重復性低，降解引起的時間依賴性變化，變形的不均勻。

BioTester測試系統(tǒng)專為軟材料和生物組織而設計。正交的獨立作動器可以編程在力或變形控制下協(xié)調(diào)運動，提供用于精確溫度控制的樣品浴和溫控裝置。夾持附件便于安裝和拆卸，各種精密的小載荷傳感器和光學應變測量提供準確的數(shù)據(jù)。

自2008年問世以來，BioTester進入世界各地用戶的實驗室，使其成為生物材料/軟材料力學測試的黃金標準。

1. 眼

   角膜和鞏膜構(gòu)成眼球的最外層，形成具有一定眼內(nèi)壓的球體，因此處于動態(tài)負荷條件下。幾種主要的眼科疾病已被證明與角膜和鞏膜生物力學特性有關，例如屈光不正，角膜病變，眼表疾病和青光眼。不同眼部組織的不同生物力學特性包括鞏膜、眼眶結(jié)締組織和脂肪、角膜和眼外肌。

   鞏膜的力學性能對于開發(fā)用于替代眼組織的合成材料至關重要。詳細計算模型研究要求對機械性能進行深入研究，包括本構(gòu)超彈性模型的擬合。

   
   

2. 血管

   主動脈組織的力學性能主要取決于血管中膜中彈性纖維和膠原纖維的含量，且與距離心臟遠近位置有關，同時周向力學性能也存在差異。豬降

   主動脈的周向力學性能研究發(fā)現(xiàn)，背側(cè)血管壁的彈性模量明顯高于腹側(cè)，且背側(cè)血管壁厚度明顯低于腹側(cè)。
   夾層是升主動脈瘤最常見的破壞模式。目前通過測量主動脈直徑來評估風險，這是不夠的。這促使人們尋找一種新的生物指標來捕捉相關的內(nèi)在組織材料特性。“能量損失"頗具前景，然而必須確定其對體內(nèi)負荷條件的依賴性，這些條件因患者而異。

   
   

3. 心臟

   在生理情況下，心臟搏動使得瓣膜兩側(cè)壓力不同，跨瓣壓差造成

   瓣膜四周擴張變形。單向拉伸試驗只能表征瓣膜在一個軸向的受力與變形關系，與生理活性狀態(tài)下的情況有很大差別。另外，單軸拉伸也不能反映徑向與周向之間的力學耦合關系。為了使試驗條件更加接近活體狀態(tài)下瓣膜的受力情況，進行雙軸向拉伸是有必要的。
   心肌對心臟的跳動發(fā)揮著關鍵作用。例如舒張性心力衰竭，研究發(fā)現(xiàn)心肌彈性成分的變化是引發(fā)該疾病的直接原因，所以認識健康和病態(tài)的心室行為是非常緊迫且重要的。當前，心臟領域關注的重點是構(gòu)建計算模型以及研制仿生材料，以便更清楚地了解并治愈心臟疾病。因此需要對心肌組織的力學性能進行探究，常用的方法是對心肌組織進行雙向拉伸來得到組織的力學特性。

   
   

4. 皮膚
   皮膚為我們的身體提供抵御環(huán)境損害的物理屏障，它的機械性能對于支持這一功能至關重要。作為膠原軟組織，皮膚表現(xiàn)出非線性的應力-應變特性。盡管通常被認為和建模為超彈性材料，但皮膚也表現(xiàn)出粘彈性特性，例如滯后、應力松弛、蠕變和塑性變形。這些特性源于其細胞外基質(zhì)蛋白的固有固相粘彈性及其與散布間質(zhì)液的相互作用。此外，這些成分的相對分布和密度使皮膚呈現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成行為取決于方向和區(qū)域，并隨深度變化，即皮膚行為是各向異性和異質(zhì)的。

5. 骨關節(jié)

   半月板微觀結(jié)構(gòu)的不同層可以通過膠原纖維排列的差異來識別，其在體內(nèi)經(jīng)歷復雜的負荷，導致多向應力分布。但通常單軸的測試條件并不能復制這種復雜的負荷狀態(tài)。雙軸測試提供同時沿兩個不同方向的加載，能更準確地模擬生理條件。

   椎間盤是一種復雜的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在脊柱中運動并通過壓應力在相鄰椎骨之間傳遞負荷。在健康的椎間盤中，產(chǎn)生的內(nèi)部壓力由纖維環(huán)的徑向同心薄片吸收。盡管它能夠在急性（單周期）加載事件中有效地消散機械能并抵抗損傷，但它特別容易受到疲勞損傷（例如疝氣）的影響。