Bedeutung der Nanoindentation für Biomaterialien

 
Bei vielen traditionellen mechanischen Prüfungen (Härte, Haftung, Druck, Durchstoß, Streckgrenze usw.) erfordern die heutigen Qualitätskontrollumgebungen mit hochentwickelten, empfindlichen Materialien, von Gelen bis hin zu spröden Materialien, jetzt eine genauere und zuverlässigere Kontrolle. Herkömmliche mechanische Messgeräte bieten nicht die erforderliche empfindliche Laststeuerung und Auflösung; sie sind für die Verwendung von Schüttgut konzipiert. Da die Größe des zu prüfenden Materials immer interessanter wurde, wurde die Entwicklung von Nanoindentation eine zuverlässige Methode zur Gewinnung wesentlicher mechanischer Informationen über kleinere Oberflächen, wie sie in der Forschung mit Biomaterialien verwendet werden. Die besonderen Herausforderungen, die mit Biomaterialien verbunden sind, erforderten die Entwicklung mechanischer Tests, die eine genaue Laststeuerung bei extrem weichen bis spröden Materialien ermöglichen. Außerdem werden für die Durchführung verschiedener mechanischer Tests mehrere Instrumente benötigt, die jetzt mit einem einzigen System durchgeführt werden können. Die Nanoindentation bietet einen breiten Messbereich mit präziser Auflösung bei nanokontrollierten Belastungen für sensible Anwendungen.

Messung Zielsetzung

Bei dieser Anwendung wird das Nanovea Mechanischer TesterIm Nanoindentationsmodus werden die Härte und der Elastizitätsmodul des Dentins, der Karies und der Pulpa eines Zahns untersucht. Der kritischste Aspekt beim Nanoindentationstest ist die Sicherung der Probe. Hier haben wir einen geschnittenen Zahn genommen und ihn mit Epoxidharz beschichtet, so dass alle drei interessierenden Bereiche für den Test freigelegt wurden.

Ergebnisse und Diskussion

Dieser Abschnitt enthält eine zusammenfassende Tabelle, in der die wichtigsten numerischen Ergebnisse für die verschiedenen Proben verglichen werden, gefolgt von der Auflistung der vollständigen Ergebnisse, einschließlich aller durchgeführten Eindrücke, begleitet von mikroskopischen Bildern der Eindrücke, sofern verfügbar. Diese vollständigen Ergebnisse enthalten die gemessenen Werte der Härte und des Elastizitätsmoduls sowie die Eindringtiefe mit ihren Durchschnittswerten und Standardabweichungen. Es ist zu berücksichtigen, dass die Ergebnisse stark schwanken können, wenn die Oberflächenrauheit im gleichen Größenbereich wie der Eindruck liegt.

Zusammenfassende Tabelle der wichtigsten numerischen Ergebnisse:

Schlussfolgerung

Abschließend haben wir gezeigt, wie der Nanovea Mechanical Tester im Nanoindentationsmodus eine präzise Messung der mechanischen Eigenschaften eines Zahns ermöglicht. Die Daten können für die Entwicklung von Füllungen verwendet werden, die den mechanischen Eigenschaften eines echten Zahns besser entsprechen. Die Positionierungsfähigkeit des Nanovea Mechanical Tester ermöglicht eine vollständige Abbildung der Zahnhärte in den verschiedenen Zonen.

Mit demselben System ist es möglich, die Bruchzähigkeit von Zahnmaterialien bei höheren Belastungen bis zu 200N zu prüfen. Bei poröseren Materialien kann eine mehrzyklische Belastungsprüfung durchgeführt werden, um das verbleibende Elastizitätsniveau zu bewerten. Die Verwendung einer flachen zylindrischen Diamantspitze kann Informationen über die Streckgrenze in jeder Zone liefern. Darüber hinaus können mit der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) die viskoelastischen Eigenschaften, einschließlich Verlust- und Speichermoduli, bewertet werden.

Das Nanovea-Nanomodul eignet sich ideal für diese Tests, da es eine einzigartige Rückkopplung nutzt, um die aufgebrachte Last präzise zu steuern. Aus diesem Grund kann das Nanomodul auch für genaue Nano-Kratztests verwendet werden. Die Untersuchung der Kratz- und Verschleißfestigkeit von Zahn- und Füllungsmaterialien macht den Nutzen des Mechanik-Testers noch größer. Die Verwendung einer scharfen 2-Mikrometer-Spitze zum quantitativen Vergleich der Abnutzung von Füllungsmaterialien ermöglicht eine bessere Vorhersage des Verhaltens in realen Anwendungen. Mehrlagige Verschleißtests oder direkte Rotationsverschleißtests sind ebenfalls gängige Tests, die wichtige Informationen über die Langzeittauglichkeit liefern.