Biaxiale und triaxiale Prüfung an Biomaterialien

Infolgedessen wurde eine Biaxial-Prüfmaschine entwickelt, die speziell für die mechanische Charakterisierung von weichen natürlichen und künstlichen Materialen ausgelegt ist. Sie integriert vier Linearantriebe, die unabhängig voneinander über Position, Kraft oder Dehnung geregelt werden. Die Kraftmessung erfolgt über (wasserdichte) Kraftaufnehmer, jeweils zwei in X- und Y-Richtung. Hinzu kommen die vier Mess-, Steuer- und Regelelektronikeinheiten sowie ein Flüssigkeitsbehälter zur optimalen Temperierung des Mediums. Die maximale Prüfkraft liegt bei 100 N je Aufnehmer, die Auflösung erreicht 0,6 mN. Der Verfahrweg für die Zugmessung ist 50 mm (Auflösung 0,1 μm) und die maximale Geschwindigkeit 2.000 mm/min.

Neben klemmenden Einspannvorrichtungen können die Proben über Haken und Schnüre mit einer drehbaren Einspannvorrichtung mit den Kraftaufnehmern verbunden werden. Durch diese Vorrichtung kommt es zu einer homogenen Krafteinleitung in die Probe, und damit auch zu einer homogenen Kraftverteilung in der Probe. Ein weiterer großer Vorteil der Biaxial-Prüfmaschine ist der Laser-Speckle-Extensometer. Er ermöglicht eine berührungslose und zweidimensionale Dehnungs- und Verformungsmessung ohne Probenmarkierungen. Das Messprinzip beruht auf der Auswertung von Specklemustern, die durch Beleuchtung der Probenoberfläche mit einem Laser entstehen, dort reflektiert und mit einer Kamera aufgenommen werden.

Die natürliche Biomaterialprobe wird zunächst experimentell im Labor getestet, anschließend werden diese Daten in einem mathematischen Modell abgebildet und schließlich in ein Computermodell übertragen. Auf Basis der Materialeigenschaften, die mit der Biaxial-Prüfmaschine ermittelt werden, kann z. B. die virtuelle Rekonstruktion der Herzwand verfolgt und die Vorhersagbarkeit des (krankhaften) Verhaltens der Herzwand untersucht werden.