Въведение
Въпреки че динамичният механичен анализ (DMA) се използва предимно за анализ на полимерни материали, техниката може да се прилага и в редица други области. Сред тях са разнообразни приложения в биомедицинската индустрия. NETZSCH DMA 303 Eplexor® е универсално настолно устройство, което може да измерва в температурен диапазон от -170°C до 800°C (-274°F до 1472°F), прилагайки сила от 1 mN до 50 N и при честота от 0,001 до 150 Hz. Диапазонът на силата и честотата позволява симулиране на много физиологични условия, както и ускорено тестване на тези явления.
Медицинските импланти и устройства обикновено се категоризират като сменяеми (костни винтове, портове за химиотерапия и др.) или постоянни (пейсмейкъри, стентове, зъбни импланти и др.). Продуктите, предназначени за смяна, са изложени на риск от инфекция и проблеми с поставянето, докато постоянните продукти трябва да могат да издържат няколко десетилетия и да издържат на силите, които изпитва човешкото тяло. Повечето възрастни имат сърдечен ритъм в покой между 60 и 100 удара в минута (средно 1,3 удара в секунда), което предизвиква small пулсиращи движения в цялото тяло. Нормалното движение (стоене, ходене срещу бягане, скачане и т.н.) води до по-големи локални натоварвания в рамките на един ден.
При проектирането на постоянен имплант или медицинско изделие разбирането на механичните характеристики и способността да издържат на физиологични движения на мястото на поставяне в продължение на десетилетия е от решаващо значение.
Ускорено изпитване на умора DMA
NETZSCH проведе ускорено изпитване за умора на имплантируем чип, изработен предимно от керамични материали, използвани при производството на микрочипове, като силиций и силициев диоксид. Устройството е свръхтънко (от 10 до 100 μm) и е с размер под 1 кв. см.
В геометрията на DMA 303 се използват RFID чипове за лесна настройка и използване. Геометрията на единичния конзолен лост беше използвана в това изследване, тъй като тя притиска образеца на място, позволявайки прецизно движение дори при много високи честоти. Осцилирането на устройството при 2,8 μm и 150 Hz в продължение на една седмица съответства на малко под три години непрекъснато пулсиращо движение в тялото. В началото на програмата е приложена първоначална сила, за да се повдигне единият край на образеца, така че да съответства на биорелевантната геометрия на предвиденото място за поставяне на импланта преди осцилирането.
Резултати от измерването
Резултатите от едноседмичното непрекъснато изпитване са показани на фигура 1. Динамичната деформация е поддържана при 2,8 μm и 150 Hz. Динамичната сила, необходима за постигане на деформацията, също е показана. Ограниченията на силите и деформациите бяха програмирани в хода на работа, за да се осигури контрол върху цялото трасе. Промяната в дължината на образеца (dL) на чипа по време на опита показва, че образецът остава непокътнат и не започва да се износва с течение на времето.
Ключов атрибут на софтуера за NETZSCH DMA 303 Eplexor® е, че към опита могат да се добавят тригери, които да спрат хода, ако настъпи определено събитие. При това изпитване образецът първоначално се огъва, за да отрази геометрията на предвиденото поставяне на импланта и тази форма се запазва през целия ход на изпитването. Беше добавен спусък, така че ако дължината на образеца се промени обратно към хоризонтална, както би било в случай на счупване на образеца, опитът незабавно ще приключи. Това е особено полезно за дълги опити, тъй като потребителите могат да прилагат тригери за прекратяване на програмата, ако образецът се разруши или се постигне желаният резултат.
Резюме
DMA 303 Eplexor® предлага широк диапазон от честота, сила и температура, което го прави идеален инструмент за термомеханични измервания в широк спектър от области на приложение. Тук описахме способността на инструмента да извърши ускорено изпитване на умора на имплантируемо биомедицинско устройство. Възможността за точно съвпадение на физиологичните деформации и сили, като същевременно се ускоряват трептенията до 150 Hz, позволява на потребителите да завършат изпитването на умора за част от времето. Десетгодишно изпитване на тестваното биомедицинско устройство може да бъде завършено само за 3,5 седмици.