Pendahuluan
Meskipun Dynamic Mechanical Analysis (DMA) terutama digunakan untuk menganalisis bahan polimer, teknik ini juga dapat diterapkan pada berbagai bidang lainnya. Ini termasuk beragam aplikasi dalam industri biomedis. NETZSCH DMA 303 Eplexor® adalah perangkat desktop serbaguna yang mampu mengukur dalam rentang suhu dari -170°C hingga 800°C (-274°F hingga 1472°F), dengan menerapkan gaya mulai dari 1 mN hingga 50 N, dan pada frekuensi 0,001 hingga 150 Hz. Rentang gaya dan frekuensi memungkinkan untuk simulasi berbagai kondisi fisiologis serta pengujian yang dipercepat dari fenomena tersebut.
Implan dan perangkat medis umumnya dikategorikan sebagai dapat diganti (sekrup tulang, port kemoterapi, dll.) atau permanen (alat pacu jantung, stent, implan gigi, dll.). Produk yang dirancang untuk dapat diganti memiliki risiko infeksi dan masalah penempatan, sementara produk permanen harus dapat bertahan selama beberapa dekade dan tahan terhadap kekuatan yang dialami tubuh manusia. Sebagian besar orang dewasa memiliki denyut jantung istirahat antara 60 dan 100 denyut per menit (rata-rata 1,3 denyut per detik) yang menyebabkan small gerakan berdenyut di seluruh tubuh. Gerakan normal (berdiri, berjalan versus berlari, melompat, dll.) kemudian menghasilkan tekanan lokal yang lebih besar selama satu hari.
Ketika merancang implan permanen atau perangkat medis, memahami kinerja mekanis dan kemampuan untuk menahan gerakan fisiologis di lokasi penempatan selama beberapa dekade sangatlah penting.
Pengujian Kelelahan Dipercepat DMA
NETZSCH melakukan pengujian kelelahan yang dipercepat dengan chip implan yang terutama terbuat dari bahan keramik yang digunakan dalam pembuatan microchip, seperti silikon dan silikon dioksida. Perangkat ini sangat tipis (10 hingga 100 μm) dan kurang dari 1 cm persegi.
Geometri DMA 303 menggunakan chip RFID untuk pengaturan dan penggunaan yang sederhana. Geometri kantilever tunggal digunakan dalam penyelidikan ini karena menjepit sampel pada tempatnya sehingga memungkinkan pergerakan yang tepat bahkan pada frekuensi yang sangat tinggi. Mengosilasi perangkat pada 2,8 μm dan 150 Hz selama satu minggu setara dengan kurang dari tiga tahun gerakan berdenyut yang terus-menerus di dalam tubuh. Pada awal program, gaya awal diterapkan untuk mengangkat salah satu ujung sampel agar sesuai dengan geometri biorelevan dari tempat penempatan implan yang dimaksudkan sebelum osilasi.
Hasil Pengukuran
Hasil uji coba terus menerus selama satu minggu ditunjukkan pada Gambar 1. Deformasi dinamis dipertahankan pada 2,8 μm dan 150 Hz. Gaya dinamis yang diperlukan untuk mencapai deformasi juga ditampilkan. Batas gaya dan batas SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan diprogram ke dalam proses untuk memastikan kontrol atas seluruh jejak. Perubahan panjang sampel (dL) chip selama uji coba menunjukkan bahwa sampel tetap utuh dan tidak mulai aus seiring berjalannya waktu.
Atribut utama perangkat lunak untuk NETZSCH DMA 303 Eplexor® adalah bahwa pemicu dapat ditambahkan ke uji coba untuk menghentikan proses, jika terjadi peristiwa tertentu. Untuk uji coba ini, sampel pada awalnya dibengkokkan untuk mencerminkan geometri penempatan implan yang diinginkan dan bentuknya dipertahankan selama proses uji coba. Sebuah pemicu ditambahkan sehingga jika panjang sampel berubah kembali menjadi horizontal, seperti yang akan terjadi jika spesimen patah, uji coba akan segera berakhir. Hal ini sangat berguna untuk uji coba yang lama karena pengguna dapat menerapkan pemicu untuk mengakhiri program, jika spesimen gagal atau hasil yang diinginkan tercapai.
Ringkasan
DMA 303 Eplexor® menawarkan rentang frekuensi, gaya, dan suhu yang luas, sehingga menjadikannya instrumen yang ideal untuk pengukuran termomekanik di berbagai area aplikasi. Di sini, kami menjelaskan kemampuan instrumen untuk menyelesaikan pengujian kelelahan yang dipercepat pada perangkat biomedis implan. Kemampuan untuk mencocokkan deformasi dan gaya fisiologis secara akurat, sekaligus mempercepat osilasi hingga 150 Hz memungkinkan pengguna untuk menyelesaikan pengujian kelelahan dalam waktu yang singkat. Uji coba selama 10 tahun untuk perangkat biomedis yang diuji dapat diselesaikan hanya dalam waktu 3,5 minggu.