近年来随着对生物力学研究的不断深入,逐渐形成了一个新兴的研究领域“力生物学”。它是侧重于研究机械力如何调控组织生物学形态和结构,即研究组织如何通过细胞对力学刺激产生反馈,维持形态结构并适应环境,此方面研究有利于揭示组织力学传导机理,同时为组织工程发展奠定基础。合适的力学环境是骨力生物学研究和组织工程化构建的重要基础。本课题为了寻求和构建合适的力学环境,根据组织工程和生物仿生的基本原理,从人体活动的力学特点出发,研制出一种用于骨力生物学研究的双频加载装置。该装置是模拟:人在行走等活动中对关节软骨施加的低频-高幅载荷和肌肉、韧带等组织维持软骨的形态结构而施加的高频-低幅载荷。通过控制升程可调凸轮和压电陶瓷的振幅及频率来实现体内生理状态下的双频力学环境。使用微型双光束平面镜干涉仪对双频加载装置的输出位移进行检测,测试表明该双频加载装置的运行稳定,可以实现低频-高幅载荷叠加高频-低幅载荷的力学环境;此外,使用有限元法对软骨进行力学分析,在双频加载的条件下,软骨各层的力学响应各不相同。在高频10Hz、20Hz与低频1Hz、2Hz叠加时,软骨表现出不同的力学响应。软骨对20Hz的力学响应比对10Hz的力学响应强,但是二者的差异较小;最后,使用生物学检验的方法对双频加载的力学条件进行生物学方面的评价,实验表明:该动态力学环境的构建加强了软骨生物学传质过程。该装置的力学载荷可为骨或软骨力生物学研究和组织工程提供新的力学环境,将有助于组织力学传导机理的研究和组织工程的发展,还可能为临床骨科疾病治疗提供力学研究条件。