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強度測定器

オレンジサイエンスは、ライフサイエンスの中でも細胞生物学分野に関する研究機器や測定機器に特化して販売およびサポートをしている会社です。

このページでは、最大 200N までの引張強度、圧縮強度、3点曲げ強度測定可能な強度測定器「UniVert」と、微細なサンプルや細胞の強度測定が可能な強度測定器「MicroTester」と、をご紹介し、強度測定器のアプリケーション例や画像、動画、細胞例、使い方などをご説明します。
 

強度測定器とは

細胞生物分野における強度測定器とは、細胞や生体サンプルにかかる機械的刺激・圧縮力や引張力、曲げ、収縮、弾性などの強度を測定する機器のことです。


強度測定器によってサンプルの機械的数値を調べ、サンプルの特性や強度、サンプルの性能評価や強度の評価を行います。測定された数値は材料の生産や研究に活用されるだけでなく、機械的特性の調査や、サンプル段階での性能や実用性の確認、複数の候補サンプルを数値によって性能比較したり、研究や論文に必要なデータを計測するなど、様々な目的で測定されます。測定は研究室や実験室で行われるのが一般的です。
 

強度測定器 - UniVert

セルスケール社のUniVert(ユニバート)は、最大 200N までの強度測定が可能な強度測定器です。


ロードセルを変えることで、1N~200Nまでの強度試験が可能で、幅が22cm、高さが54cmと非常にコンパクトなため、試験室だけでなく、あらゆる場所で強度試験を行うことができます。

ソフトウェアやモジュラーコンポーネントも簡単に使用でき、引張強度、圧縮強度、曲げ強度の測定に対応します。

工業用の強度測定器は大型で試験レンジが広いですが、UniVertは生体系サンプルの強度測定を得意とし、精度の高い試験・解析が可能です。
 

強度測定器 - UniVertの特徴

  • 高品質で費用対効果の高い試験をコンパクトなパッケージで実施できます

  • コンポーネントやロードセルの交換が簡単にでき、幅広い試験用途に対応できます

  • 画像ベースのひずみ測定ツールによる高解像度CCDイメージング(オプションとなります)

  • ソフトウェアを使用し、リアルタイムでテストプロトコルをグラフ化・モニタリング

簡単なモジュール交換で多様な強度測定に対応

引張強度測定

弾性ポリマー素材など

圧縮強度測定

非弾性セラミック球など

3点曲げ強度測定

人工骨など

強度測定器 - MicroTester

MicroTesterはサンプルを押し込む細いワイヤーが取り付けられた力覚センサーにより、微小な変化を検知することによりサンプルへの負荷が測定でき、またチャンバー前方に取り付けられた高解像度カメラにより、サンプルの変位の画像解析も可能です。

強度測定器 - MicroTesterの仕組み

「MicroTester」では、約0.07~1.5㎜径のビーム(カンチレバー)でサンプルを変位させ、カンチレバーのセンサーで読み取ったデータと、前方のカメラでとらえたサンプルの変位データから、サンプルにかかる力を測定します。MicroTesterでは、50µm以上のサイズであれば、あらゆるサンプルや細胞などの強度をほぼ測定可能です。

強度測定のアプリケーション例

「MicroTester」

  • iPS心筋組織(収縮力測定)

  • スフェロイド(圧縮強度測定)

  • ハイドロゲル(圧縮強度、弾性率測定)

  • ファイバー(強度測定)

 など

「UniVert」

  • 弾性ポリマー素材(引張強度測定)

  • マウスのアキレス腱(引張強度測定)

  • スキャフォールド

  • ハイドロゲル

  • 3D培養モデル

  • 非弾性セラミック球(圧縮強度測定)

  • 人工骨(曲げ強度)

 など

強度測定器 - MicroTesterの使い方

ここではオレンジサイエンスが取り扱う強度測定器「MicroTester」の使い方をご説明します。

MicroTesterは非常に簡単に使用できる強度測定器で、マイクロビーム(カンチレバー)でサンプルを圧縮し、前方にあるカメラでその変位を捉え、様々なアウトプットから、サンプルの強度を測定できる測定器です。

1. 測定器のセットアップ
測定器にビームを取り付けます。面で押し込む測定をする場合は、ビームの先端にプレートを付けて使用します。ビームの取り付けが完了したら、測定時にしようするため、クランプからビームの先端までの長さを測ります。

2. 初めて測定器を使用する時、ビームを変更した時、別のパソコンを接続した時はオプティカルキャリブレーションとピエゾキャリブレーションを行います。

3. パソコンでテストファイル名、ビーム設定、パラメーター設定を行い、測定を開始します。パラメーター設定では、Load, Hold Recover, Restの各フェーズの秒数や、制御方法が設定でき、設定方法を変えることにより、様々な測定が可能となります。
 

強度測定例(サンプル)

プレートでの圧縮
300µm hydrogel microsphere (30KPa)

Peak Force: 20mN

プレートでの圧縮

2mm diameter hydrogel cylinder (12KPa) Peak Force: 20mN

Bend-Induced Tension

spider silk Peak Force: 2mN

ワイヤーでの繊維押込み
20µm thick by 4mm wide foil strip (70MPa) Peak Force: 3mN

球状での押込み試験

1.5mm diameter indenter into hydrogel (2KPa) Peak Force: 12mN

Puncture-Attached Tension

3.5mm wide by 1.5mm thick hydrogel (0.5KPa) Peak Force: 1.4mN

強度測定の動画

細胞ブロックの圧縮強度測定時の画面です。上部の板がサンプルを圧縮するためのプレートです。

ヒト線維芽細胞100%で作成した

細胞ブロック(厚さ0.5~1.4㎜)を測定

​Tissue By Net社提供 

0.4㎜径のワイヤーに4㎟のプレートを取り付け、通常のCompress, Hold, Recoverの流れで測定しました。

iPS心筋チューブの収縮力測定時の画面です。上部に見える円形のものがビームを前面から見たもので

iPS心筋チューブを測定

​CellFiber社提供

200µm径のチューブを0.4㎜径のワイヤーで押し込み、通常Compress, Hold, Recoverの流れで測定しますが、この場合はHoldのフェーズを長く設定し、心筋チューブが自発収縮する際にワイヤーを押し返す力を測定しました。

強度測定の画面動画

CellScale MicroTester 強度測定画面

​実際の測定の動画です。サンプルをビームに取り付けられたプレートで、20秒間に100µm圧縮している様子です。画面中央には、チャンバーを正面から見たカメラの映像、画面右には、Force/Time、Displacement/Time、Force/Displacementのトレースがリアルタイムで確認できます。

強度測定器 -MicroTester モデル一覧

LT モデル

G2 モデル