Giriş
Dinamik Mekanik Analiz (DMA) öncelikle polimerik malzemeleri analiz etmek için kullanılsa da, bu teknik çok çeşitli diğer alanlara da uygulanabilir. Bunlar arasında biyomedikal endüstrisindeki çeşitli uygulamalar yer almaktadır. NETZSCH DMA 303 Eplexor®, -170°C ila 800°C (-274°F ila 1472°F) sıcaklık aralığında ölçüm yapabilen, 1 mN ila 50 N arasında değişen bir kuvvet uygulayabilen ve 0,001 ila 150 Hz frekansında ölçüm yapabilen çok yönlü bir masaüstü cihazıdır. Kuvvet ve frekans aralığı, birçok fizyolojik durumun simülasyonunun yanı sıra bu olayların hızlandırılmış testine de olanak tanır.
Tıbbi implantlar ve cihazlar genellikle değiştirilebilir (kemik vidaları, kemoterapi portları, vb.) veya kalıcı (kalp pilleri, stentler, diş implantları, vb.) olarak kategorize edilir. Değiştirilebilir olarak tasarlanan ürünler enfeksiyon ve yerleştirme sorunları riskini taşırken, kalıcı ürünlerin onlarca yıl hayatta kalabilmesi ve insan vücudunun maruz kaldığı kuvvetlere dayanabilmesi gerekir. Çoğu yetişkinin dinlenme halindeki kalp atış hızı dakikada 60 ila 100 atım arasındadır (ortalama saniyede 1,3 atım) ve bu da small tüm vücutta pulsatil hareketlere neden olur. Normal hareketlilik (ayakta durma, yürüme, koşma, zıplama vb.) bir gün boyunca daha büyük boyutlarda lokalize streslere neden olur.
Kalıcı bir implant veya tıbbi cihaz tasarlarken, mekanik performansı ve onlarca yıl boyunca yerleştirme bölgesindeki fizyolojik hareketlere dayanma kabiliyetini anlamak çok önemlidir.
DMA Hızlandırılmış Yorulma Testi
NETZSCH silikon ve silikon dioksit gibi mikroçip üretiminde kullanılan seramik malzemelerden yapılmış implante edilebilir bir çip ile hızlandırılmış yorulma testi gerçekleştirdi. Cihaz ultra ince (10 ila 100 μm) ve 1 cm kareden küçüktü.
DMA 303'ün geometrileri, basit kurulum ve kullanım için RFID çiplerini kullanır. Bu araştırmada tek konsol geometrisi kullanıldı çünkü numuneyi yerinde sıkıştırarak çok yüksek frekanslarda bile hassas harekete izin veriyor. Cihazın bir hafta boyunca 2,8 μm ve 150 Hz'de salınması, vücutta üç yıldan biraz daha az bir süre boyunca sürekli pulsatil harekete karşılık gelmektedir. Programın başlangıcında, salınımdan önce implantın amaçlanan yerleştirme bölgesinin biyolojik olarak ilgili geometrisiyle eşleşmesi için numunenin bir ucunu yükseltmek üzere bir başlangıç kuvveti uygulanmıştır.
Ölçüm Sonuçları
Bir haftalık sürekli denemenin sonuçları Şekil 1'de gösterilmektedir. Dinamik deformasyon 2,8 μm ve 150 Hz'de tutulmuştur. Deformasyonu elde etmek için gereken dinamik kuvvet de gösterilmiştir. Tüm yol boyunca kontrolü sağlamak için kuvvet limitleri ve gerinim limitleri çalışmaya programlanmıştır. Deneme boyunca çipin örnek uzunluğundaki (dL) değişim, örneğin sağlam kaldığını ve zamanla aşınmaya başlamadığını göstermektedir.
NETZSCH DMA 303 Eplexor® yazılımının önemli bir özelliği, belirli bir olayın gerçekleşmesi durumunda çalışmayı durdurmak için bir denemeye tetikleyicilerin eklenebilmesidir. Bu deneme için, numune başlangıçta implantın amaçlanan yerleşiminin geometrisini yansıtacak şekilde bükülmüş ve bu şekil tüm çalışma boyunca korunmuştur. Numunenin kırılması durumunda olduğu gibi, numune uzunluğunun tekrar yatay hale gelmesi durumunda denemenin derhal sona ermesi için bir tetikleyici eklenmiştir. Bu özellikle uzun denemeler için kullanışlıdır, çünkü kullanıcılar numunenin başarısız olması veya istenen bir sonuca ulaşılması durumunda programı sonlandırmak için tetikleyiciler uygulayabilir.
Özet
DMA 303 Eplexor® geniş bir frekans, kuvvet ve sıcaklık aralığı sunar, bu da onu çok çeşitli uygulama alanlarında termomekanik ölçümler için ideal bir cihaz haline getirir. Burada, cihazın implante edilebilir bir biyomedikal cihaz üzerinde hızlandırılmış yorulma testini tamamlama kabiliyetini açıkladık. Salınımı 150 Hz'e kadar hızlandırırken fizyolojik deformasyonları ve kuvvetleri doğru bir şekilde eşleştirebilmek, kullanıcıların yorulma testini çok kısa sürede tamamlamasına olanak tanır. Test edilen biyomedikal cihaz için 10 yıl sürecek bir deneme sadece 3,5 haftada tamamlanabildi.