Prove Biassiali e Triassiali su Biomateriali

I biomateriali naturali sono sottoposti a carichi multi assiali, i quali possono essere applicati e misurati dalle giuste macchine di prova.

Prove Biassiali su Biomateriali

IL comportamento biomeccanico così come la microstruttura sottostante i tessuti biologici molli devono essere determinati con precisione per arrivare a un'adeguatezza del modello. Poiché i tessuti vengono sottoposti a carichi multi assiali, allo stesso modo è necessario l'utilizzo di una macchina di prova che applichi carichi assiali ai tessuti da testare,
Abbiamo per questo sviluppato una macchina di prova biassiale progettata nello specifico per la caratterizzazione meccanica dei materiali morbidi biologici e artificiali. Nel sistema sono integrati quattro azionamenti lineari controllati in modo indipendente l'uno dall'altro in termini di posizione, forza o deformazione. La misurazione della forza avviene tramite celle di carico (waterproof) due per ciascuna direzione X e Y. In aggiunta sono presenti quattro elettroniche di misurazione e controllo testControl più un bagno per il controllo della temperatura del mezzo. Il carico di prova massimo è 100 N per cella di carico, con risoluzione fino a 0,6 mN. Il range della corsa per la misurazione di trazione è 50 mm (risoluzione 0.1 μm) e velocità massima 2,000 mm/min. I provini possono essere collegati alle celle di carico con un dispositivo girevole di serraggio tramite un gancio e un cavo. In questo modo sia l'applicazione della forza sul provino che la relativa distribuzione diventano omogenee. Un altro vantaggio di questa nuova macchina di prova è l'utilizzo dell'estensimentro laser che consente la misurazione della deformazione bidimensionale non a contatto senza dover ricorrere alla marcatura dei provini. Il principio della misurazione si basa sulla valutazione dei pattern formati sulla superficie del provino grazie all'illuminazione laser, i pattern si riflettono e vengono registrati con una telecamera. I provini di biomateriale naturale vengono testati in primo luogo in laboratorio. I dati vengono quindi rappresentati in un modello matematico ed in seguito trasferiti ad un modello computerizzato. Sulla base delle caratteristiche materiali, che vengono determinate con la macchina di prova biassiale, la ricostruzione virtuale della parete cardiaca può essere tracciata e può esserne esaminata la prevedibilità (patologica).

Soluzioni di Prova Alternative

Una macchina di prova biassiale aggiuntiva è composta da quattro attuatori elettromeccanici, ciascuno con una capacità di carico di 1 kN e 200 mm di corsa. L'estensione del provino viene misurata con un estensimetro laserXtens/videoXtens. Il bagno di acqua è dotato do un'unità di controllo temperatura.

Prove Triassiali su Biomateriali e Tessuti

Per determinare le proprietà di taglio dei tessuti biologici molli (ortotropi), è stato sviluppato e progettato un sistema di prova per applicazioni triassiali. La macchina di prova è formato da due componenti principali:
una piattaforma superiore progettata per essere spostata verticalmente (in direzione Z) e una piattaforma inferiore progettata per essere spostata orizzontalmente in due direzioni perpendicolari tra loro (X e Y). Durante la prova il campione di tessuto viene collegato alla piattaforma superiore e inferiore con un sottile strato di colla ad alta resistenza, e immerso in una soluzione fisiologica adatta e temperata. La piattaforma inferiore si sposta rispetto alla piattaforma superiore fissata orizzontalmente, per cui il provino viene tranciato. Le forze risultanti nelle tre direzioni ortogonali (X, Y, e Z) possono essere misurate contemporaneamente con una speciale cella di carico montata sulla piattaforma superiore. La distanza da percorrere degli azionamenti lineari X e Y perpendicolari tra loro è ± 14 mm (soluzione di spostamento azionamento 0.25 μm) , con una velocità massima 3.000 mm/min. Il carico di prova massimo del sensore di forza a tre assi nelle tre direzioni è 2 N ciascuno e la precisione di misurazione è determinato entro 0,5% del valore misurato. Il comportamento dell'interferenza del sensore di forza tra direzione X e Y è specificata a più dello 0,5% del valore finale e tra X / Y e Z a più dell' 1% del valore finale.

Technical University of Munich: biaxial strain measurement of the aortal wall

As part of its research activities the Department of Computational Mechanics at the Technical University of Munich (TUM) is carrying out material modelling of biological tissues under high strain.
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