Introdução
Embora a Análise Mecânica Dinâmica (DMA) seja usada principalmente para analisar materiais poliméricos, a técnica também pode ser aplicada a uma ampla gama de outros campos. Isso inclui diversas aplicações no setor biomédico. O NETZSCH DMA 303 Eplexor® é um dispositivo de mesa versátil capaz de medir em uma faixa de temperatura de -170°C a 800°C (-274°F a 1472°F), aplicando uma força que varia de 1 mN a 50 N e em uma frequência de 0,001 a 150 Hz. A força e a faixa de frequência permitem a simulação de muitas condições fisiológicas, bem como testes acelerados desses fenômenos.
Os implantes e dispositivos médicos são geralmente classificados como substituíveis (parafusos ósseos, portas de quimioterapia, etc.) ou permanentes (marcapassos, stents, implantes dentários, etc.). Os produtos projetados para serem substituíveis correm o risco de infecção e problemas de colocação, enquanto os produtos permanentes precisam ser capazes de sobreviver por várias décadas e suportar as forças que o corpo humano experimenta. A maioria dos adultos tem uma frequência cardíaca em repouso entre 60 e 100 batimentos por minuto (média de 1,3 batimentos por segundo), o que causa small movimentos pulsáteis em todo o corpo. A locomoção normal (ficar em pé, caminhar ou correr, pular etc.) resulta em maiores magnitudes de tensões localizadas ao longo do dia.
Ao projetar um implante ou dispositivo médico permanente, é fundamental compreender o desempenho mecânico e a capacidade de suportar movimentos fisiológicos no local de colocação ao longo de décadas.
Teste de fadiga acelerada DMA
NETZSCH realizou testes de fadiga acelerada com um chip implantável feito principalmente de materiais cerâmicos usados na fabricação de microchips, como silício e dióxido de silício. O dispositivo era ultrafino (10 a 100 μm) e tinha menos de 1 cm quadrado.
As geometrias do DMA 303 usam chips RFID para configuração e uso simples. A geometria de cantilever único foi usada nesta pesquisa porque prende a amostra no lugar, permitindo um movimento preciso mesmo em frequências muito altas. A oscilação do dispositivo a 2,8 μm e 150 Hz durante uma semana corresponde a pouco menos de três anos de movimento pulsátil contínuo no corpo. No início do programa, uma força inicial foi aplicada para elevar uma extremidade da amostra para corresponder à geometria biorrelevante do local de colocação pretendido do implante antes da oscilação.
Resultados da medição
Os resultados do teste contínuo de uma semana são mostrados na Figura 1. A deformação dinâmica foi mantida em 2,8 μm e 150 Hz. A força dinâmica necessária para atingir a deformação também é mostrada. Os limites de força e de deformação foram programados na execução para garantir o controle de toda a trilha. A alteração no comprimento da amostra (dL) do chip durante o teste mostra que a amostra permanece intacta e não começa a se desgastar com o tempo.
Um atributo importante do software para o NETZSCH DMA 303 Eplexor® é que os acionadores podem ser adicionados a um teste para interromper a execução, caso ocorra um evento específico. Para esse teste, a amostra é inicialmente dobrada para refletir a geometria da colocação pretendida do implante e essa forma é mantida durante todo o curso da execução. Foi adicionado um gatilho para que, se o comprimento da amostra voltasse a ser horizontal, como seria o caso se a amostra se quebrasse, o teste terminaria imediatamente. Isso é particularmente útil para testes longos, pois os usuários podem aplicar gatilhos para encerrar o programa, caso a amostra falhe ou um resultado desejado seja alcançado.
Resumo
O DMA 303 Eplexor® oferece uma ampla faixa de frequência, força e temperatura, o que o torna um instrumento ideal para medições termomecânicas em uma grande variedade de áreas de aplicação. Aqui, descrevemos a capacidade do instrumento de concluir testes de fadiga acelerada em um dispositivo biomédico implantável. A capacidade de corresponder com precisão às deformações e forças fisiológicas e, ao mesmo tempo, acelerar a oscilação em até 150 Hz permite que os usuários concluam os testes de fadiga em uma fração do tempo. Um teste de 10 anos para o dispositivo biomédico testado pôde ser concluído em apenas 3,5 semanas.