Biaksijalno ispitivanje biomaterijala
Za adekvatno modelovanje, neophodno je najpre precizno odrediti biomehaničko ponašanje i osnovnu mikrostrukturu mekih bioloških tkiva. Budući da je većina tkiva u telu izložena višeosnim opterećenjima, neophodna je mašina za ispitivanje koja na tkivo deluje višeosnim opterećenjima.
Kao rezultat toga, kompanija ZwickRoell je razvila mašinu za biaksijalno ispitivanje, posebno dizajniranu za mehaničku karakterizaciju mekih bioloških i veštačkih materijala. U sistem su integrisana četiri linearna pogona, kojima se nezavisno upravlja u pogledu položaja, sile ili deformacije. Merenje sile se vrši pomoću (vodootpornih) mernih ćelija, po dve u X i Y pravcu. Pored toga, sistem sadrži četiri *testControl* jedinice za merenje i upravljanje, kao i kupku za optimalnu kontrolu temperature radnog medijuma. Maksimalno ispitno opterećenje iznosi 100 N po mernoj ćeliji, uz rezoluciju do 0,6 mN. Opseg kretanja za merenje zatezanja je 50 mm (rezolucija 0,1 μm), a maksimalna brzina je 2.000 mm/min.
Pored standardnih stezaljki, uzorci se mogu povezati sa mernim ćelijama i pomoću rotirajućeg držača, korišćenjem kuke i užeta. Ovaj uređaj za pričvršćivanje omogućava ravnomernu primenu sile na uzorak, a time i ravnomernu raspodelu sile unutar njega. Dodatna prednost nove mašine za ispitivanje je laserski spekl-ekstenziometar, koji omogućava beskontaktno dvodimenzionalno merenje deformacija bez potrebe za obeležavanjem uzorka. Princip merenja zasniva se na analizi obrazaca „spekl” (speckle) interferencije koji nastaju na površini uzorka prilikom osvetljavanja laserom; ti obrasci se odbijaju i snimaju kamerom.
Uzorak prirodnog biomaterijala se najpre ispituje u laboratoriji. Podaci se zatim predstavljaju u okviru matematičkog modela i na kraju prenose u računarski model. Na osnovu karakteristika materijala, koje se mogu odrediti pomoću mašine za biaksijalno ispitivanje, može se izvršiti virtuelna rekonstrukcija zida srca i ispitati predvidljivost (patološkog) ponašanja zida srca.
Alternativno rešenje za ispitivanje
Dodatna mašina za biaksijalno ispitivanje sastoji se od četiri elektromehanička aktuatora za ispitivanje, od kojih svaki ima nosivost od 1 kN i hod od 200 mm. Istezanje uzorka se beleži ekstenziometrom laserXtens/videoXtens. Vodena kupka je opremljena jedinicom za kontrolu temperature.
Triosno ispitivanje biomaterijala i tkiva
Radi određivanja svojstava smicanja mekog biološkog (ortotropnog) tkiva, razvijen je i konstruisan sistem za ispitivanje u uslovima troosnog opterećenja. Mašina za ispitivanje se sastoji od dve glavne komponente:
Gornja platforma, projektovana tako da se može pomerati vertikalno (u pravcu Z-ose), i donja platforma, projektovana tako da se može pomerati horizontalno u dva međusobno normalna pravca (pravci X i Y osa). Tokom ispitivanja, uzorak tkiva se tankim slojem superlepka spaja sa gornjom i donjom platformom i potapa u odgovarajući fiziološki rastvor zagrejan na određenu temperaturu. Donja platforma se pomera u odnosu na horizontalno fiksiranu gornju platformu, pri čemu se uzorak seče. Rezultujuće sile u tri ortogonalna pravca (X, Y i Z) mogu se istovremeno meriti pomoću posebnog senzora sile (merne ćelije) montiranog na gornju platformu.
Hod linearnih pogona za X i Y ose, koji su postavljeni upravno jedan na drugi, iznosi ±14 mm (rezolucija pomeraja od 0,25 μm), uz maksimalnu brzinu od 3.000 mm/min. Maksimalno ispitno opterećenje troosnog senzora sile u svakom od tri pravca iznosi 2 N, a tačnost merenja je definisana u okviru 0,5% od izmerene vrednosti. Uticaj međusobnih smetnji (crosstalk) kod senzora sile između X i Y pravca definisan je kao veći od 0,5% krajnje vrednosti, a između X/Y i Z pravca kao veći od 1% krajnje vrednosti.
