Introducere
Deși analiza mecanică dinamică (DMA) este utilizată în principal pentru analiza materialelor polimerice, tehnica poate fi aplicată și într-o gamă largă de alte domenii. Acestea includ diverse aplicații în industria biomedicală. NETZSCH DMA 303 Eplexor® este un dispozitiv versatil de birou capabil să măsoare într-un interval de temperatură de la -170°C la 800°C (-274°F la 1472°F), să aplice o forță cuprinsă între 1 mN și 50 N și la o frecvență de la 0,001 la 150 Hz. Forța și gama de frecvențe permit simularea multor condiții fiziologice, precum și testarea accelerată a fenomenelor respective.
Implanturile și dispozitivele medicale sunt clasificate, în general, ca fiind înlocuibile (șuruburi osoase, porturi pentru chimioterapie etc.) sau permanente (stimulatoare cardiace, stenturi, implanturi dentare etc.). Produsele concepute pentru a fi înlocuibile prezintă riscul de infecție și de probleme de plasare, în timp ce produsele permanente trebuie să fie capabile să supraviețuiască mai multe decenii și să reziste forțelor la care este supus corpul uman. La majoritatea adulților, ritmul cardiac în repaus este cuprins între 60 și 100 de bătăi pe minut (în medie 1,3 bătăi pe secundă), ceea ce determină small mișcări pulsatile în întregul corp. Locomoția normală (statul în picioare, mersul pe jos față de alergare, sărituri etc.) generează apoi tensiuni localizate de mai mare amploare pe parcursul unei zile.
Atunci când se proiectează un implant permanent sau un dispozitiv medical, este esențial să se înțeleagă performanța mecanică și capacitatea de a rezista mișcărilor fiziologice la locul de plasare pe parcursul deceniilor.
Testarea la oboseală accelerată DMA
NETZSCH a efectuat teste de oboseală accelerată cu un cip implantabil fabricat în principal din materiale ceramice utilizate în fabricarea microcipurilor, cum ar fi siliciul și dioxidul de siliciu. Dispozitivul a fost ultra-subțire (10 până la 100 μm) și mai mic de 1 cm pătrat.
Geometria DMA 303 utilizează cipuri RFID pentru o configurare și utilizare simple. Geometria cu un singur cantilever a fost utilizată în această investigație deoarece fixează proba pe loc, permițând o mișcare precisă chiar și la frecvențe foarte înalte. Oscilarea dispozitivului la 2,8 μm și 150 Hz timp de o săptămână corespunde cu puțin sub trei ani de mișcare pulsatilă continuă în organism. La începutul programului, a fost aplicată o forță inițială pentru a ridica un capăt al eșantionului pentru a se potrivi cu geometria biorelevantă a locului de plasare prevăzut al implantului înainte de oscilație.
Rezultatele măsurătorilor
Rezultatele încercării continue de o săptămână sunt prezentate în figura 1. Deformarea dinamică a fost menținută la 2,8 μm și 150 Hz. De asemenea, este prezentată forța dinamică necesară pentru a obține deformarea. Limitele de forță și limitele de deformare au fost programate în execuție pentru a asigura controlul asupra întregului traseu. Modificarea lungimii probei (dL) a cipului pe parcursul încercării arată că proba rămâne intactă și nu începe să se uzeze în timp.
Un atribut cheie al software-ului pentru NETZSCH DMA 303 Eplexor® este faptul că pot fi adăugate declanșatoare la o încercare pentru a opri rularea, în cazul în care apare un eveniment specificat. Pentru acest test, eșantionul este îndoit inițial pentru a reflecta geometria amplasării preconizate a implantului și această formă este menținută pe întreaga durată a testului. A fost adăugat un declanșator astfel încât, în cazul în care lungimea eșantionului revine la orizontală, cum ar fi cazul dacă eșantionul se rupe, încercarea să se încheie imediat. Acest lucru este deosebit de util pentru studiile de lungă durată, deoarece utilizatorii pot aplica declanșatoare pentru a încheia programul, în cazul în care proba cedează sau este atins un rezultat dorit.
Rezumat
DMA 303 Eplexor® oferă o gamă largă de frecvențe, forțe și temperaturi, ceea ce îl face un instrument ideal pentru măsurători termomecanice într-o gamă largă de domenii de aplicare. În prezenta lucrare, am descris capacitatea instrumentului de a efectua teste de oboseală accelerată pe un dispozitiv biomedical implantabil. Capacitatea de a potrivi cu exactitate deformările și forțele fiziologice, accelerând în același timp oscilația până la 150 Hz, permite utilizatorilor să efectueze teste de oboseală într-o fracțiune din timp. Un test de 10 ani pentru dispozitivul biomedical testat a putut fi finalizat în doar 3,5 săptămâni.