Приспособления для испытаний природных и искусственных биоматериалов
Для разработки имплантатов необходимо определение характеристик природных биоматериалов.
Испытание человеческой бедренной кости под нагрузкой Испытание овечьих костей на изгиб Усталостное испытание кровеносных сосудов Различные захваты Анализ
Испытание под нагрузкой человеческой бедренной кости с установленными тензометрическими датчиками (DMS)
Целью испытания является выяснение, в какой степени имплантированный эндопротез упрочняет кость, создавая так называемый эффект защиты от нагрузки. Для этого человеческая бедренная кость устанавливается в испытательную машину ZwickRoell AllroundLine на 20 кН. Горизонтальное крепление с помощью сферической подушки должно исключать воздействие возникающих поперечных усилий. Затем головка бедренной кости подвергается аксиальному нагружению. На поверхность кости наклеены DMS, позволяющие сравнивать напряжение поверхности бедренной кости до и после имплантации протеза.
Испытание овечьих костей на изгиб
Для определения жесткости при изгибе после лечения перелома было разработано испытание овечьих костей на 3-точечный изгиб. Для этого концы зажившей после перелома кости фиксируются в креплениях (или заливаются). Нагрузка прикладывается с помощью настольной испытательной машины zwickiLine на 0,5 кН. Захват сконструирован таким образом, чтобы был возможен поворот кости на определенный угловой градус. Благодаря этому, можно определять жесткость при изгибе по всей окружности кости. Полученные при этом характеристики используются при FEM-моделировании заживления костных переломов.
Обзор различных захватов для природных биоматериалов
Анализ механических свойств (прочность при сжатии и ползучести) “клеточных каркасов” в области тканевой инженерии
Исследования в области биоматериалов требуют, чтобы окружение во время испытаний как можно больше соответствовало фактическим условиям. Поэтому в этой области испытания преимущественно проводятся в резервуарах с соответствующей средой или комплексных инкубаторах. Например, клетки костного мозга наносятся на подложку и культивируются в жидкой питательной среде при циклической механической стимуляции.
При этом необходимы температура окружающей среды 37 °C, влажность воздуха 100 % и циклическое нагружение (испытательная машина фирмы ZwickRoell с электромеханическим испытательным цилиндром) при частично очень малых усилиях. Через пуансон, встроенный сверху в инкубатор, усилие прикладывается к образцу. Погруженные в жидкую питательную среду образцы омывает CO2 или N2 (5 - 8 %), чтобы регулировать значение PH. Деформация составляет от 30 до 100 μм.
Для этого испытания костных заменителей в лабораторных условиях моделируются заселенные остеоцитами клеточные каркасы при циклическом нагружении и деформации более 1 µм. Эти субстраты костных заменителей используются для ускорения сращивания костей после переломов или для роста ткани и остеоцитов на имплантатах. Вследствие этого нет необходимости в извлечении собственного костного материала из других зон скелета пациента.
