Biaxiální zkoušení biomateriálů
Pro náležité modelování je třeba nejprve přesně určit biomechanické chování a základní mikrostrukturu měkkých biologických tkání. Protože většina tkání v těle je vystavena víceosému zatěžování, je potřeba použít zkušební stroj, který bude na tkáň působit také víceosým zatížením.
Společnost ZwickRoell proto vyvinula dvouosý zkušební stroj, který je speciálně navržen pro hodnocení mechanických charakteristik měkkých biologických a umělých materiálů. V systému jsou integrovány čtyři lineární pohony, řízené nezávisle na sobě, pokud jde dráhu, sílu nebo deformaci. Měření síly se provádí pomocí (vodotěsných) snímačů síly po dvou ve směru X a Y. Kromě toho jsou k dispozici čtyři jednotky měřicí a řídicí elektroniky testControl II a kontejner pro optimální regulaci teploty média. Maximální zkušební zatížení je 100 N na jeden snímač s rozlišením až 0,6 mN. Rozsah dráhy pro měření v tahu je 50 mm (rozlišení 0,1 μm) a maximální rychlost je 2 000 mm/min.
Kromě upínacích přípravků lze vzorky připevnit ke snímačům síly také pomocí otočného upínacího přípravku s háčky a lanky. Tento přípravek vytváří rovnoměrné působení síly na vzorek, a tím i homogenní rozložení síly ve vzorku. Další výhodou nového zkušebního stroje je laserový průtahoměr, který umožňuje bezkontaktní dvourozměrné měření deformace a napětí bez nanášení značek na vzorek. Princip měření je založen na vyhodnocování změn rastru, který vzniká na povrchu vzorku osvětleném laserem; tyto zachycené změny se zaznamenávají kamerou.
Vzorek přírodního biomateriálu se nejprve testuje v laboratoři. Data jsou pak znázorněna v matematickém modelu a nakonec převedena do modelu počítačového. Na základě materiálových charakteristik, které lze stanovit pomocí dvouosého zkušebního stroje, lze sledovat virtuální rekonstrukci srdeční stěny a zkoumat předvídatelnost jejího patologického chování.
Triaxiální zkoušení biomateriálů a tkání
Pro stanovení smykových vlastností měkkých biologických (ortotropních) tkání byl vyvinut a navržen zkušební systém pro tříosé aplikace. Tento zkušební stroj je sestaven z těchto hlavních komponentů:
Horní platforma, která je navržena tak, aby byla přemístitelná vertikálně (ve směru Z), a dolní platforma, která je navržena tak, aby byla přemístitelná horizontálně ve dvou na sebe kolmých směrech (X a Y). Vzorek tkáně je během zkoušky spojen s horní a dolní platformou tenkou vrstvou speciálního lepidla a ponořen do vhodného fyziologického, temperovaného roztoku. Dolní platforma se pohybuje vůči vodorovně upevněné horní platformě. Tím dochází ke smykovému namáhání vzorku. Výsledné síly ve třech ortogonálních směrech (X, Y a Z) lze měřit současně pomocí speciálního snímače síly připevněného k horní platformě.
Vzdálenost pohybu lineárních pohonů X a Y kolmo k sobě je ±14 mm (s rozlišením 0,25 μm) při maximální rychlosti 3 000 mm/min. Maximální zkušební zatížení tříosého snímače síly ve třech směrech je vždy 2 N, přesnost měření se udává v 0,5 % měřené hodnoty. Odchylka snímačů síly mezi směrem X a Y je udávána lepší než 0,5 % nominální hodnoty a mezi X/Y a Z lepší než 1 % nominální hodnoty.
