Dispositifs d'essai pour biomatériaux naturels et artificiels
La détermination des grandeurs caractéristiques sur biomatériaux naturels est nécessaire au développement des implants.
Essai de chargement sur fémur humain Essai de flexion sur os de mouton Essai de fatigue sur vaisseaux sanguins Diverses mâchoires Analyse
Essai de chargement sur fémur humain avec jauges de contrainte collées
L'essai est réalisé pour déterminer dans quelle mesure un implant endoprothésique raidit l'os et crée de ce fait un effet de protection par contrainte de l'os. Un fémur humain est placé pour ce faire dans une AllroundLine ZwickRoell 20 kN. Des paliers horizontaux avec coussinets sphériques ont pour but d'éliminer les forces transverses. La tête du fémur est alors chargée dans axialement. Les jauges de contrainte appliquées sur la surface de l'os permettent de comparer la contrainte de surface sur le fémur avant et après implantation de la prothèse.
Essai de flexion sur os de mouton
Cet essai de flexion à 3 points sur os de mouton est destiné à déterminer la rigidité à la flexion après la cicatrisation d’une fracture osseuse. Pour ce faire, un os cicatrisé après fracture est fixé ou enrobé à ses extrémités dans les appuis. La charge est appliquée à l’aide d’une machine d’essai zwickiLine 0,5 kN. Les mâchoires sont conçues pour permettre la rotation de l’os dans un degré défini, permettant de déterminer la résistance à la flexion sur l’ensemble de l’os. Les valeurs caractéristiques ainsi obtenues sont utilisées dans une simulation par éléments finis (FEM) du comportement cicatriciel de fracture osseuse.
Aperçu des diverses mâchoires pour biomatériaux naturels
Exploitation propriétés mécaniques (résistance à la compression et/ou au fluage) des échafaudages (“Scaffolds”) dans le domaine de l'ingénierie tissulaire.
La recherche sur les biomatériaux exige que l'environnement d’essai corresponde autant que possible aux conditions réelles. Pour cette raison, les essais effectués dans ce domaine seront de préférence réalisés en bains de fluide ou incubateurs complets. Dans cette application, des cellules de moelle osseuse sont appliquées sur un matériau support et cultivées dans un nutriment liquide sous simulation mécanique cyclique.
Pour ce faire, une température ambiante de 37 °C, une humidité de l'air de 100% et une sollicitation cyclique (utilisant une machine d'essai ZwickRoell avec vérin d’essai électromécanique) sous de très petites forces sont nécessaires. Un poinçon introduit par le haut de l'incubateur applique la force requise sur l'éprouvette. Les échantillons sont immergés dans le nutriment liquide, sous un flux de CO2 ou N2 (5 - 8 %), pour ajuster la valeur de pH. Les allongements se situent entre 30 et 100 μm.
Pour les essais sur substituts osseu pour le genou, une sollicitation cyclique avec allongements plus grands que =1 µm stimule - in vitro - les biomatériaux support (matrice ou Scaffolds) peuplés de cellules osseuses. Ces substituts osseux sont utilisés pour favoriser la guérison des fractures ou la croissance de cellules osseuses ou tissulaires sur implants. Cette technique permet d'éviter les prélèvements d'os auto-gène dans d'autres endroits du squelette du patient.
