مقدمة
بينما يُستخدم التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) في المقام الأول لتحليل المواد البوليمرية، يمكن أيضًا تطبيق هذه التقنية على مجموعة واسعة من المجالات الأخرى. وتشمل هذه التطبيقات المتنوعة في الصناعة الطبية الحيوية. يُعد جهاز NETZSCH DMA 303 Eplexor® جهازًا مكتبيًا متعدد الاستخدامات قادرًا على القياس في نطاق درجة حرارة يتراوح بين -170 درجة مئوية و800 درجة مئوية (-274 درجة فهرنهايت إلى 1472 درجة فهرنهايت)، مع تطبيق قوة تتراوح بين 1 ملي نيوتن و50 نيوتن وبتردد يتراوح بين 0.001 و150 هرتز. ويسمح نطاق القوة والتردد بمحاكاة العديد من الظروف الفسيولوجية بالإضافة إلى الاختبار المتسارع لتلك الظواهر.
تُصنف الغرسات والأجهزة الطبية عمومًا على أنها قابلة للاستبدال (مسامير العظام، ومنافذ العلاج الكيميائي، وما إلى ذلك) أو دائمة (أجهزة تنظيم ضربات القلب، والدعامات، وزرعات الأسنان، وما إلى ذلك). وتتعرض المنتجات المصممة لتكون قابلة للاستبدال لخطر الإصابة بالعدوى ومشاكل في التركيب بينما يجب أن تكون المنتجات الدائمة قادرة على البقاء لعدة عقود وأن تتحمل القوى التي يتعرض لها جسم الإنسان. يتراوح معدل نبضات القلب لدى معظم البالغين أثناء الراحة بين 60 و100 نبضة في الدقيقة (بمعدل 1.3 نبضة في الثانية) مما يتسبب في حدوث small حركات نابضة في جميع أنحاء الجسم بأكمله. ثم تؤدي الحركة العادية (الوقوف والمشي مقابل الجري والقفز وما إلى ذلك) إلى زيادة حجم الإجهاد الموضعي على مدار اليوم.
عند تصميم غرسة دائمة أو جهاز طبي دائم، فإن فهم الأداء الميكانيكي والقدرة على تحمل الحركات الفسيولوجية في موقع التركيب على مدى عقود أمر بالغ الأهمية.
اختبار الإعياء المعجل DMA
NETZSCH أجرى اختبار الإجهاد المتسارع باستخدام رقاقة قابلة للزرع مصنوعة أساسًا من مواد خزفية تستخدم في تصنيع الرقائق الإلكترونية الدقيقة، مثل السيليكون وثاني أكسيد السيليكون. وكان الجهاز فائق النحافة (10 إلى 100 ميكرومتر) وأقل من 1 سم مربع.
تستخدم هندسة جهاز DMA 303 رقاقات RFID لسهولة الإعداد والاستخدام. استُخدمت هندسة الكابولي الأحادي في هذا التحقيق لأنه يشبك العينة في مكانها مما يسمح بحركة دقيقة حتى عند الترددات العالية جداً. يتوافق تذبذب الجهاز عند 2.8 ميكرومتر و150 هرتز لمدة أسبوع واحد مع أقل من ثلاث سنوات بقليل من الحركة النابضة المستمرة في الجسم. في بداية البرنامج، تم تطبيق قوة أولية لرفع أحد طرفي العينة لتتناسب مع الهندسة الحيوية لموقع الموضع المقصود للغرسة قبل التذبذب.
نتائج القياس
تظهر نتائج التجربة المستمرة لمدة أسبوع واحد في الشكل 1. تم الحفاظ على التشوه الديناميكي عند 2.8 ميكرومتر و150 هرتز. تظهر أيضًا القوة الديناميكية المطلوبة لتحقيق التشوه. تمت برمجة حدود القوة وحدود الإجهاد في التشغيل لضمان التحكم في المسار بأكمله. يوضح التغير في طول العينة (dL) للرقاقة على مدار التجربة أن العينة تظل سليمة ولا تبدأ في التآكل بمرور الوقت.
من السمات الرئيسية لبرنامج NETZSCH DMA 303 Eplexor® أنه يمكن إضافة مشغلات إلى التجربة لإيقاف التشغيل، في حالة وقوع حدث محدد. بالنسبة لهذه التجربة، يتم ثني العينة في البداية لتعكس الشكل الهندسي للموضع المقصود للغرسة ويتم الحفاظ على هذا الشكل طوال فترة التشغيل بأكملها. تمت إضافة مشغل بحيث إذا تغير طول العينة إلى الوضع الأفقي، كما هو الحال إذا انكسرت العينة، تنتهي التجربة على الفور. هذا مفيد بشكل خاص للتجارب الطويلة حيث يمكن للمستخدمين تطبيق المشغلات لإنهاء البرنامج، في حالة فشل العينة أو الوصول إلى النتيجة المرجوة.
الملخص
يوفر جهاز DMA 303 Eplexor® نطاقًا واسعًا من التردد والقوة ودرجة الحرارة، مما يجعله أداة مثالية للقياسات الميكانيكية الحرارية عبر مجموعة واسعة من مجالات التطبيق. وقد وصفنا هنا قدرة الأداة على إكمال اختبار التعب المتسارع على جهاز طبي حيوي قابل للزرع. وتتيح القدرة على مطابقة التشوهات والقوى الفسيولوجية بدقة، مع تسريع التذبذب حتى 150 هرتز للمستخدمين إكمال اختبار التعب في جزء من الوقت. يمكن إكمال تجربة مدتها 10 سنوات للجهاز الطبي الحيوي الذي تم اختباره في 3.5 أسابيع فقط.