引張試験

サンプルの固定

サンプルを引っ張るには、サンプルをまずは掴む必要があります。最も一般的なのはコンプレッショングリップです。ピーク時の力が20N以下の場合は、スプリングクロージャーが最適だと考えています。一貫したクランプ力が得られるので、試料を保持しつつ損傷させない理想的な力に調整することができます。ネジ式グリップは100N以上のピークフォースに最適です。20～100Nの範囲では、どちらのオプションもうまく機能します。

一般的に、デリケートな組織にはティッシュペーパー、柔らかい組織にはサンドペーパー、硬い組織には金属製の鋸歯状のジョーがグリップ面として適しています。プラスチック製のタブに試料を接着して、試験中にタブを握るとうまくいくこともあります。

柔らかいロープ状の組織の場合は、組織を曲げるのに必要な力が無視できるので、3点曲げ治具を使って引張試験を行うことができます。これにより、試験片の取り付けが容易になり、試験片の軸に沿った力/変位ベクトルを三角法で計算することができます。

ゼロストレス/ストレインの決定

柔らかいバイオマテリアルの多くは非線形です。そのため、試験片の荷重がゼロになる変位を決定することは困難です。このような場合には、力/変位曲線に測定可能な傾斜があるポイントで定義された予荷重を使用するのが最善です。経験則上、予荷重はピークフォースの10％以下としてください。

固定/試験環境の検討

バイオマテリアルは様々な種類があり、多くの場合特別な処理が必要となります。把持については、ジョーの表面（セレーション、サンドペーパーコーティング）、把持力（スクリュー、空気圧、スプリングクロージャー）、多点穿刺マウントや接着剤を塗布した把持タブなどの代替方法を検討できます。メーカーによっては、把持に関してもサポートしている場合があります。

また、水分補給と生理的温度を維持することの重要性も考慮します。多くのメーカーでこれらの機能を提供していますが、追加コストがかかります。

テスト検証の計画

ほとんどのテストシステムは、システムの力と変位を校正する手段を提供しています。多くのメーカーは、質的・量的に貴重な情報を提供できる画像システムを備えており、これらの画像や動画は、プレゼンテーションや出版物で効果的に使用することができます。

研究に必要な機器調達のヒント

• デモを依頼する（オンラインまたは直接）。

• 自社の素材や類似の代替素材を使ったサンプルテストを依頼する。

• 同様のテストを行った研究者の学術出版物を探す

• メーカーのテクニカルサポートを利用して、テストプロトコルや固定方法などのアドバイスを受ける。

参考サイト(CellScale社CEO Caleb Horstの記事より引用)

https://www.cellscale.com/calebs-corner/mechanical-testing-of-biomaterials-for-non-engineers/

試験装置を必要とする場合、作るか、買うか？

エンジニアやテクノロジーに詳しい方、DIYが可能な研究者の方々は、これまでに何かを設計したり、作ったりしたことがあるはずです。昔、卒業制作で賞をもらったことがあり、家にIoT機器がたくさんあり、ロボットを作ろうと思ったこともあるでしょう。

そして、生体サンプルの機械的試験をしたいと思っている場合、世の中にある機器を見渡して、必要なものを買って自分で作れば、おそらく1/3以下のコストで済むだろうと正しく推測しています。

私はそのような方々をよく知っていますし、考えも理解しています。なぜなら、10年以上前、私も同じくDIYで研究機器を作っている研究者だったからです。10年以上もの間、私は試験装置を必要とする人々に機器を作り、販売してきました。この間、私はDIYの大成功を目の当たりにしてきました。プロジェクトは予定通りに進み、システムは確実に機能しました。しかし、DIYシステムは予想以上に時間とコストがかかり、最終的には狭い範囲のテスト条件でしかうまくいかないことが多いです。

一般的には、市販の機器を使って研究を成功させる研究者が多い印象です。市販のシステムを一から構築し、サポートするために必要な時間と費用を考えれば納得できます。CellScale社の最初の製品であるBioTesterは2007年に商品化されました。それ以来、毎年、時間とお金をかけてシステムを改良し続けています。製品の機能、ユーザーインターフェース、システムの堅牢性、ドキュメントなど、あらゆる面で、さまざまなユーザーからの多くのフィードバックを受けて、継続的に改善してきました。このような投資は、製品を向上させるだけでなく、パートタイムのDIYシステム開発者には不可能なレベルの経験と専門知識を生み出すことを可能にしました。

さて、本題の「作るか、買うか」に戻りましょう。ほとんどの難しい質問と同様に、答えは明確にはありません。

まず、予算によります。商用機器は最初から高価で、予算がない場合は選択肢に含めることができません。とはいえ、思ったよりも費用が安い場合もありますので、一度メーカーに問い合わせてみる価値はあります。

2つ目は、優先順位によります。自分のエンジニアとしての能力を高めることや、多くの学生に機械装置の作り方や制御回路の開発、ソフトウェアの書き方を教えることが目的であれば、デザイナーやメーカー、コーダーになるのに最適だと言えます。また、研究目標を効率的に達成したり、科学的にインパクトのあるジャーナル論文をできるだけ多く発表したりすることが目的であれば、選び抜かれた商用システムが最適です。

3つ目は、やりたいテストと市販のテスト機器の性能が一致しているかどうかです。やりたいことが標準的なものであれば（例：パラレルプレート圧縮）、ニーズは十分に一致しています。多少のカスタマイズが必要な場合には、メーカーに問い合わせる・依頼することも可能です。新しく開発した装置にマーケットがあると判断した場合、用途に合わせて装置を変更するために必要なエンジニアリングコストの一部を負担する企業もあります。

作るか、買うか？最終的には、すべての状況はケースバイケースであり、決定権は研究者であるあなたにあります。