소개
동적 기계 분석(DMA)은 주로 고분자 재료를 분석하는 데 사용되지만, 이 기술은 다른 다양한 분야에도 적용될 수 있습니다. 여기에는 바이오메디컬 산업의 다양한 응용 분야가 포함됩니다. NETZSCH DMA 303 Eplexor® 은 -170°C~800°C(-274°F~1472°F)의 온도 범위에서 1mN~50N의 힘을 가하고 0.001~150Hz의 주파수에서 측정할 수 있는 다목적 데스크톱 장치입니다. 이러한 힘과 주파수 범위를 통해 다양한 생리적 조건을 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 현상에 대한 가속 테스트가 가능합니다.
의료용 임플란트 및 장치는 일반적으로 교체형(뼈 나사, 화학 요법 포트 등) 또는 영구형(심박 조율기, 스텐트, 치과 임플란트 등)으로 분류됩니다. 교체형으로 설계된 제품은 감염 및 배치 문제의 위험이 있는 반면, 영구형 제품은 수십 년 동안 인체가 받는 힘을 견뎌낼 수 있어야 합니다. 대부분의 성인의 안정 시 심박수는 분당 60~100회(초당 평균 1.3회)로, 몸 전체에 걸쳐 small 박동성 움직임을 유발합니다. 정상적인 움직임(서 있기, 걷기, 달리기, 점프 등)은 하루 동안 더 큰 규모의 국소 스트레스를 초래합니다.
영구 임플란트 또는 의료 기기를 설계할 때는 기계적 성능과 식립 부위의 생리적 움직임을 수십 년 동안 견딜 수 있는 능력을 이해하는 것이 중요합니다.
DMA 가속 피로 테스트
NETZSCH 는 실리콘과 이산화규소 등 마이크로칩 제조에 주로 사용되는 세라믹 재료로 만든 이식형 칩으로 가속 피로 테스트를 수행했습니다. 이 장치는 10~100μm의 초박형(1제곱센티미터 미만)이었습니다.
DMA 303의 지오메트리는 간단한 설정과 사용을 위해 RFID 칩을 사용합니다. 단일 캔틸레버 지오메트리는 샘플을 제자리에 고정하여 매우 높은 주파수에서도 정밀하게 움직일 수 있기 때문에 이 조사에 사용되었습니다. 이 장치를 2.8μm, 150Hz로 1주일 동안 진동시키는 것은 신체에서 3년 미만의 지속적인 맥동 운동에 해당합니다. 프로그램을 시작할 때 진동 전에 임플란트 식립 부위의 생체 관련 형상과 일치하도록 샘플의 한쪽 끝을 올리기 위해 초기 힘을 가했습니다.
측정 결과
1주일 연속 실험 결과는 그림 1에 나와 있습니다. 동적 변형은 2.8μm 및 150Hz에서 유지되었습니다. 변형을 달성하는 데 필요한 동적 힘도 표시되어 있습니다. 전체 트레일을 제어하기 위해 힘 제한과 변형률 제한을 실행에 프로그래밍했습니다. 시험 기간 동안 칩의 샘플 길이(dL)의 변화는 샘플이 손상되지 않고 시간이 지나도 마모되기 시작하지 않음을 보여줍니다.
NETZSCH DMA 303 Eplexor® 소프트웨어의 주요 특성은 지정된 이벤트가 발생하면 트리거를 시험에 추가하여 실행을 중지할 수 있다는 것입니다. 이 시험의 경우, 샘플은 처음에 의도된 임플란트 배치의 기하학적 구조를 반영하도록 구부러지고 그 모양은 전체 실행 과정에서 유지됩니다. 시료가 부러졌을 때처럼 시료 길이가 다시 수평으로 바뀌면 시험이 즉시 종료되도록 트리거가 추가되었습니다. 이는 시편이 실패하거나 원하는 결과에 도달하면 사용자가 트리거를 적용하여 프로그램을 종료할 수 있으므로 긴 실험에 특히 유용합니다.
요약
DMA 303 Eplexor® 은 광범위한 주파수, 힘 및 온도를 제공하므로 광범위한 응용 분야에서 열역학적 측정에 이상적인 기기입니다. 여기에서는 이식형 생체 의료 기기에 대한 가속 피로 테스트를 완료하는 이 기기의 기능에 대해 설명했습니다. 생리적 변형과 힘을 정확하게 일치시키면서 최대 150Hz까지 진동을 가속화할 수 있기 때문에 사용자는 짧은 시간 내에 피로 테스트를 완료할 수 있습니다. 10년이 걸리는 생체 의료 기기 시험을 단 3.5주 만에 완료할 수 있습니다.