Inleiding
Dynamische Mechanische Analyse (DMA) wordt voornamelijk gebruikt om polymere materialen te analyseren, maar de techniek kan ook worden toegepast op een groot aantal andere gebieden. Daartoe behoren diverse toepassingen in de biomedische industrie. De NETZSCH DMA 303 Eplexor® is een veelzijdig desktopapparaat dat kan meten in een temperatuurbereik van -170°C tot 800°C (-274°F tot 1472°F), een kracht kan uitoefenen van 1 mN tot 50 N en met een frequentie van 0,001 tot 150 Hz. De kracht en het frequentiebereik maken het mogelijk om veel fysiologische omstandigheden te simuleren en deze verschijnselen versneld te testen.
Medische implantaten en hulpmiddelen worden over het algemeen gecategoriseerd als vervangbaar (botschroeven, chemotherapiepoorten, etc.) of permanent (pacemakers, stents, tandheelkundige implantaten, etc.). ) of permanente (pacemakers, stents, tandheelkundige implantaten, enz.). Producten die ontworpen zijn voor vervanging lopen het risico op infectie en plaatsingsproblemen, terwijl permanente producten tientallen jaren moeten kunnen overleven en bestand moeten zijn tegen de krachten die het menselijk lichaam ondervindt. De meeste volwassenen hebben een hartslag in rust tussen 60 en 100 slagen per minuut (gemiddeld 1,3 slagen per seconde) waardoor small pulserende bewegingen door het hele lichaam worden veroorzaakt. Normale beweging (staan, lopen versus rennen, springen, enz.) resulteert vervolgens in grotere hoeveelheden gelokaliseerde spanningen in de loop van een dag.
Bij het ontwerpen van een permanent implantaat of medisch hulpmiddel is het van cruciaal belang om inzicht te hebben in de mechanische prestaties en het vermogen om fysiologische bewegingen op de plaats van plaatsing gedurende tientallen jaren te weerstaan.
DMA Versnelde Vermoeiingstesten
NETZSCH versnelde vermoeiingstests uitgevoerd met een implanteerbare chip die voornamelijk gemaakt was van keramische materialen die gebruikt worden bij de productie van microchips, zoals silicium en siliciumdioxide. Het apparaat was ultradun (10 tot 100 μm) en minder dan 1 vierkante cm groot.
De geometrieën van de DMA 303 maken gebruik van RFID-chips voor eenvoudige instelling en gebruik. De enkele cantilevergeometrie werd in dit onderzoek gebruikt omdat deze het monster op zijn plaats klemt, waardoor nauwkeurige beweging mogelijk is, zelfs bij zeer hoge frequenties. Het oscilleren van het apparaat bij 2,8 μm en 150 Hz gedurende een week komt overeen met iets minder dan drie jaar continue pulserende beweging in het lichaam. Aan het begin van het programma werd een initiële kracht uitgeoefend om één uiteinde van het preparaat omhoog te brengen zodat het vóór de oscillatie overeenkwam met de biorelevante geometrie van de beoogde plaats van het implantaat.
Meetresultaten
De resultaten van de continue proef van een week worden getoond in figuur 1. De dynamische vervorming werd gehandhaafd op 2,8 μm en 150 Hz. De dynamische kracht die nodig was om de vervorming te bereiken wordt ook getoond. Krachtlimieten en reklimieten werden in de run geprogrammeerd om controle over het hele traject te garanderen. De verandering in monsterlengte (dL) van de chip tijdens de proef toont aan dat het monster intact blijft en niet begint te slijten na verloop van tijd.
Een belangrijk kenmerk van de software voor de NETZSCH DMA 303 Eplexor® is dat er triggers aan een test toegevoegd kunnen worden om de run te stoppen als er een bepaalde gebeurtenis plaatsvindt. Voor deze test wordt het preparaat aanvankelijk gebogen om de geometrie van de beoogde plaatsing van het implantaat te weerspiegelen en die vorm wordt tijdens de gehele run behouden. Er werd een trigger toegevoegd zodat als de lengte van het preparaat terug verandert naar horizontaal, zoals het geval zou zijn als het preparaat zou breken, de test onmiddellijk zou eindigen. Dit is vooral handig voor lange proeven omdat gebruikers triggers kunnen toepassen om het programma te beëindigen als het preparaat faalt of een gewenst resultaat bereikt is.
Samenvatting
De DMA 303 Eplexor® heeft een groot frequentie-, kracht- en temperatuurbereik, waardoor het een ideaal instrument is voor thermomechanische metingen in een groot aantal toepassingsgebieden. In dit artikel beschrijven we de mogelijkheid van het instrument om versnelde vermoeiingstesten uit te voeren op een implanteerbaar biomedisch apparaat. De mogelijkheid om fysiologische vervormingen en krachten nauwkeurig te evenaren, terwijl de oscillatie versneld wordt tot 150 Hz, stelt gebruikers in staat om vermoeiingstesten uit te voeren in een fractie van de tijd. Een 10 jaar lange test voor het geteste biomedische apparaat kon in slechts 3,5 week worden voltooid.