Biaxiaal testen van biomaterialen
Voor een doeltreffende modellering moeten eerst het mechanisch gedrag en de onderliggende structuur van het weefsel nauwkeurig bepaald worden. Omdat biologische weefsels in het lichaam steeds meer-assige belastingen ondervinden, is voor het onderzoek naar deze krachten een testmachine nodig die ook meer-assige krachten op het weefselsample uitoefent.
Daarom werd een biaxiale testmachine ontwikkeld, die speciaal uitgerust is voor de mechanische karakterisatie van weke, natuurlijke en kunstmatige materialen. Ze bevat vier lineaire aandrijvingen, die onafhankelijk van elkaar volgens positie, kracht of rek gestuurd worden. De krachtmeting gebeurt via (waterdichte) krachtcellen, telkens twee in X en Y richting. Daarbij komen de vier meet- en regelsturingen en een vloeistofbad voor een optimale conditionering van het medium. De maximale testkracht ligt bij 100 N per krachtcel, de resolutie bereikt 0,6 mN. De maximale verplaatsing in trekrichting bedraagt 50 mm (resolutie 0,1 µm) en de maximale snelheid 2.000 mm/min.
Naast klemmende inspandelen kunnen de samples met behulp van roterend opgestelde haakjes en touwtjes met de krachtmeetcel verbonden worden. Met deze set-up wordt de kracht geleidelijk overgebracht op het sample en ontstaat een homogene krachtverdeling in het sample. Een belangrijk bijkomend voordeel van de biaxiale testmachine is de laser-speckle rekmeter. Deze maakt een contactloze tweedimensionale rek- en vervormingsmeting mogelijk zonder markeringen. Het meetprincipe is gebaseerd op de evaluatie van speckle-patronen gevormd op het oppervlak van het sample door laserlicht; deze worden gereflecteerd en geregistreerd met een camera.
Het biomateriaal wordt eerst getest in het lab. De gegevens worden dan verwerkt in een wiskundig model en tenslotte omgevormd naar een computermodel. Op basis van de met de biaxiale testmachine gemeten materiaaleigenschappen, kan de virtuele reconstructie van de hartwand gebeuren en kan het pathologische materiaalgedrag van de hartwand onderzocht worden.
Alternatieve testoplossing
Een verdere biaxiale testmachine bestaat uit vier elektromechanische testcilinders, elk met een maximale belasting van 1 kN en 200 mm verplaatsing. De rek van het sample wordt geregistreerd met een laserXtens/videoXtens rekmeter. Het waterbad is uitgerust met een temperatuursturing.
Triaxiaal testen van biomaterialen en weefsels
Om de afschuifeigenschappen van zachte biologische (orthotrope) weefsels te bepalen, werd een testsysteem voor drie-assige toepassingen ontwikkeld. De testmachine bestaat uit twee belangrijke delen:
Een bovenste platform dat verticaal (in de Z richting) verplaatst kan worden en een onderste platform dat horizontaal in twee richtingen (X en Y richting) verplaatst kan worden. Het sample wordt aan het bovenste en onderste platform vastgekleefd met een dunne laag secondelijm, en vervolgens ondergedompeld in een geschikte fysiologische getempereerde omgeving. Het onderste platform beweegt ten opzichte van het bovenste platform, waardoor het sample een afschuifbelasting ondervindt. De resulterende krachten in de drie orthogonale richtingen (X, Y en Z richting) kunnen simultaan gemeten worden met behulp van een speciale krachtcel ter hoogte van het bovenste platform.
De verplaatsing van de loodrecht opgestelde X en Y aandrijvingen bedraagt ±14 mm (resolutie 0,25 µm) met een maximale snelheid van 3.000 mm/min. De maximale belasting van de 3-assige krachtmeetcel bedraagt 2 N in de drie richtingen bij een meetnauwkeurigheid van 0,5% van de afgelezen waarde. De wederzijdse beïnvloeding van de krachtsensor tussen X en Y richtingen bedraagt minder dan 0,5% van de capaciteit, die van X/Y ten opzichte van Z minder dan 1% van de capaciteit.
