Introduction
Si l'analyse mécanique dynamique (DMA) est principalement utilisée pour analyser les matériaux polymères, cette technique peut également être appliquée à un large éventail d'autres domaines. Il s'agit notamment de diverses applications dans l'industrie biomédicale. NETZSCH Le DMA 303 Eplexor® est un appareil de bureau polyvalent capable d'effectuer des mesures dans une plage de température allant de -170°C à 800°C (-274°F à 1472°F), d'appliquer une force allant de 1 mN à 50 N, et à une fréquence allant de 0,001 à 150 Hz. La force et la fréquence permettent de simuler de nombreuses conditions physiologiques et d'effectuer des tests accélérés de ces phénomènes.
Les implants et dispositifs médicaux sont généralement classés comme étant remplaçables (vis à os, ports de chimiothérapie, etc.) ou permanents (stimulateurs cardiaques, stents, implants dentaires, etc.). Les produits conçus pour être remplaçables courent le risque d'infection et de problèmes de mise en place, tandis que les produits permanents doivent pouvoir survivre plusieurs décennies et résister aux forces subies par le corps humain. La plupart des adultes ont un rythme cardiaque au repos compris entre 60 et 100 battements par minute (1,3 battement par seconde en moyenne), ce qui provoque small des mouvements pulsatiles dans tout le corps. La locomotion normale (se tenir debout, marcher, courir, sauter, etc.) entraîne des contraintes localisées de plus grande ampleur au cours d'une journée.
Lors de la conception d'un implant permanent ou d'un dispositif médical, il est essentiel de comprendre les performances mécaniques et la capacité à résister aux mouvements physiologiques sur le site d'implantation pendant des décennies.
Essai de fatigue accéléré DMA
NETZSCH a réalisé des essais de fatigue accélérée avec une puce implantable composée principalement de matériaux céramiques utilisés dans la fabrication des micropuces, tels que le silicium et le dioxyde de silicium. Le dispositif était ultra-mince (10 à 100 μm) et d'une surface inférieure à 1 cm carré.
Les géométries du DMA 303 utilisent des puces RFID pour une installation et une utilisation simples. La géométrie à cantilever unique a été utilisée dans cette étude parce qu'elle serre l'échantillon en place, ce qui permet un mouvement précis, même à très haute fréquence. Faire osciller l'appareil à 2,8 μm et 150 Hz pendant une semaine correspond à un peu moins de trois ans de mouvement pulsatile continu dans le corps. Au début du programme, une force initiale a été appliquée pour soulever une extrémité de l'échantillon afin de correspondre à la géométrie bioréférente du site de placement prévu de l'implant avant l'oscillation.
Résultats des mesures
Les résultats de l'essai continu d'une semaine sont présentés dans la figure 1. La déformation dynamique a été maintenue à 2,8 μm et 150 Hz. La force dynamique nécessaire pour obtenir la déformation est également indiquée. Les limites de force et de déformation ont été programmées dans l'exécution pour assurer le contrôle sur l'ensemble du parcours. Le changement de la longueur de l'échantillon (dL) de la puce au cours de l'essai montre que l'échantillon reste intact et ne commence pas à s'user avec le temps.
L'une des principales caractéristiques du logiciel du NETZSCH DMA 303 Eplexor® est qu'il est possible d'ajouter des déclencheurs à un essai afin d'arrêter l'exécution, si un événement spécifique se produit. Pour cet essai, l'échantillon est initialement plié pour refléter la géométrie de l'emplacement prévu de l'implant et cette forme est maintenue pendant toute la durée de l'essai. Un déclencheur a été ajouté pour que l'essai s'arrête immédiatement si la longueur de l'échantillon revient à l'horizontale, comme ce serait le cas si l'échantillon se cassait. Cette fonction est particulièrement utile pour les essais de longue durée, car les utilisateurs peuvent appliquer des déclencheurs pour mettre fin au programme, si l'échantillon se brise ou si le résultat souhaité est atteint.
Résumé
Le DMA 303 Eplexor® offre une large gamme de fréquences, de forces et de températures, ce qui en fait un instrument idéal pour les mesures thermomécaniques dans un grand nombre de domaines d'application. Nous décrivons ici la capacité de l'instrument à réaliser des essais de fatigue accélérés sur un dispositif biomédical implantable. Le fait de pouvoir reproduire avec précision les déformations et les forces physiologiques, tout en accélérant l'oscillation jusqu'à 150 Hz, permet aux utilisateurs de réaliser des essais de fatigue en une fraction de temps. Un essai d'une durée de 10 ans pour le dispositif biomédical testé a pu être réalisé en seulement 3,5 semaines.