Innovative Dehnungs-Aufblähungs-Torsionsprüfmaschine für TU Graz

Das Institut für Biomechanik der Technischen Universität Graz in Österreich fokussiert sich auf die Untersuchung des biomechanischen Verhaltens sowie der zugrunde liegenden Mikrostruktur von weichen biologischen Geweben, vor allem von kardiovaskulären Geweben. Ziel dieser Untersuchungen ist es, Materialgesetze im Bereich Kontinuumsmechanik zu entwickeln, die das Verhalten von weichen Gewebenbeschreiben können. Weiterhin kann das Institut für Biomechanik mit diesen Gesetzen und der Finite-Elemente-Methode verschiedene komplexe und patientenspezifische Randwertprobleme wie z.B. Ballon-Angioplastie mit Stent-Implantation detaillierter untersuchen.

Für die wissenschaftlichen Untersuchungen an röhrenartigen Strukturen stattete das Institut für Biomechanik das Labor mit einer Dehnungs-Aufblähungs-Torsionsprüfmaschine des ZwickRoell Tochterunternehmens Messphysik für sowohl quasistatische als auch hochdynamische Belastungen aus. Da die meisten körperlichen Gewebe multiaxialen Belastungen ausgesetzt sind, will man den in-vivo multiaxialen Belastungszustand stets möglichst genau simulieren, was technisch ausgereifte Geräte erfordert.

Mit der innovativen Prüfmaschine von Messphysik hat das Institut für Biomechanik die Möglichkeit, eine Axialkraft (Dehnung), einen Innendruck (Aufblähung) und eine Drehbewegung (Torsion) auf die Gewebe aufzubringen - und alle zur gleichen Zeit. Dabei befinden sich die zu prüfenden Gewebe in einem Medienbad (physiologische Lösung). Traversen, die sich symmetrisch bewegen, sorgen dafür, dass die Probenmitte immer in der gleichen horizontalen Lage bleibt. Wegen der Empfindlichkeit der zu prüfenden Strukturen müssen die Dehnungen gemessen werden, ohne dabei die Probe zu beeinflussen. Die von Messphysik entwickelte Lösung besteht aus einer Kombination der beiden berührungslosen Messysteme laserXtens und videoXtens, wobei der videoXtens für eine gleichzeitige Messung der axialen Dehnung sowie der Breitenänderung sorgt, während der laserXtens das auf die Gewebe aufgebrachte Drehmoment misst.

Zur Ausstattung des Labors vom Institut für Biomechanik gehören unter anderem eine biaxiale Zugprüfanlage und eine triaxiale Scherprüfanlage. Diese Anlagen wurden alle in Zusammenarbeit mit Messphysik konstruiert und gebaut. Die wichtigsten Prüfungen sind hier uniaxiale und biaxiale Dehnungsversuche an weichen biologischen Geweben, triaxiale Scherprüfungen an orthotropischendicken Geweben (Myokardium) und Dehnungs-Aufblähungs-Torsionsprüfungen an Strukturen wie Arterien, Speiseröhren und Luftröhren.

"Seit einer längeren Zeit arbeiten wir mit Messphysik zusammen. Die Firma hat ihren Sitz in der Nähe von Graz, was den Umgang mit Fragen zu den Systemen sowie deren Wartung und die Entwicklung von Prototypen vereinfacht", erklärt Dr. Gerhard Sommer, Forschungsingenieur am Institut für Biomechanik der Technischen Universität Graz.