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Dispositivi per prove su biomateriali naturali e artificiali

Nello sviluppo degli impianti, viene richiesta anche la determinazione del valore caratteristico dei biomateriali naturali. 

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Prove di carico su femore umano con estensimetri applicati

Il test è utilizzato per stabilire fino a che punto una endoprotesi impiantata irrigidisce l’osso, causando così il cosiddetto effetto di protezione dello stress. Per questo un femore umano viene posizionato in una macchina ZwickRoell AllroundLine 20 kN combinata con un cuscinetto per eliminare le forze trasversali. La testa del femore è quindi caricata assialmente. Gli estensimetri che aderiscono alla superficie ossea permettono la comparazione della tensione superficiale del femore prima e dopo l’impianto della protesi. 

Prove di carico sull'articolazione del ginocchio umano

Un dispositivo di prova idoneo può determinare le forze generate nell'articolazione del ginocchio.

Prove di flessione su ossa di pecora

Un test di flessione a tre punti su ossa di pecora è stato progettato per determinare la resistenza a flessione dopo la guarigione da una frattura. Per questo, un osso guarito dalla frattura viene fissato dalle estremità nei due supporti, il carico viene applicato utilizzando una macchina da banco zwickiLine Z0.5 kN. Gli afferraggi sono stati progettati in modo che sia possibile la rotazione dell’osso secondo gradi angolari, permettendo di determinare la resistenza a flessione dell’intera area dell’osso. I valori caratteristici ottenuti in questo modo vengono utilizzati in una simulazione FEM del comportamento della guarigione dell’osso fratturato.

Valutazione delle caratteristiche meccaniche (compressione e creep) degli scaffold nell'ingegneria tissutale

La ricerca sui biomateriali necessita che l’ambiente di prova corrisponda il più possibile alle condizioni reali dell’ambiente. Per questo motivo, le prove vengono eseguite preferibilmente con recipienti di liquidi o in incubatrici complete. In questa applicazione, le cellule del midollo osseo vengono applicate a un materiale vettore e coltivate in un liquido nutriente sotto stimolazione meccanica ciclica. 

Per questo, sono necessari una temperatura ambiente di 37 °C, un'umidità del 100% e un carico ciclico (attraverso un attuatore ZwickRoell) di forze molto piccole. Il carico viene applicato al provino tramite un punzone integrato nell'incubatrice dalla parte superiore; i provini vengono immersi nel liquido nutriente e risciacquati con CO2 o N2 per regolare il valore del pH. Le deformazioni sono comprese fra 30 e 100 μm. 

La prova relativa al materiale di sostituzione del ginocchio viene eseguita con una simulazione in-vitro degli scaffold colonizzati con cellule ossee stimolati con carichi ciclici con una deformazione superiore a =1 µm in-vitro. Questi substrati per la sostituzione ossea vengono usati per favorire la guarigione di fratture o lesioni dei tessuti, e la crescita delle cellule ossee negli impianti, evitando di prelevare materiale osseo da altre zone della struttura scheletrica del paziente. 

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