Herkömmliche mechanische Prüfungen (Härte, Adhäsion, Druck, Durchstoß, Streckgrenze usw.) erfordern in den heutigen Qualitätskontrollumgebungen mit einem breiten Spektrum fortschrittlicher Materialien - von Gewebe bis hin zu spröden Werkstoffen - mehr Präzision und Zuverlässigkeit. Herkömmliche mechanische Messgeräte bieten nicht die empfindliche Lastkontrolle und Auflösung, die für hochentwickelte Materialien erforderlich sind. Die Herausforderungen, die mit Biomaterialien verbunden sind, erfordern die Entwicklung mechanischer Tests, die eine genaue Kraftkontrolle bei extrem weichen Materialien ermöglichen. Diese Materialien erfordern sehr niedrige Prüfkräfte unter mN mit einem großen Tiefenbereich, um eine korrekte Messung der Eigenschaften zu gewährleisten. Darüber hinaus können mit einem einzigen System viele verschiedene mechanische Prüfungen durchgeführt werden, was eine größere Funktionalität ermöglicht. Dies ermöglicht eine Reihe wichtiger Messungen an Biomaterialien, einschließlich Härte, Elastizitätsmodul, Verlust- und Speichermodul und Kriechen, sowie Kratzfestigkeit und Streckgrenze.

Messung Zielsetzung

In dieser Anwendung wird das mechanische Prüfgerät von Nanovea im Nanoindentationsmodus verwendet, um die Härte und den Elastizitätsmodul von 3 separaten Bereichen eines Biomaterialersatzes an fetten, hellen und dunklen Fleischbereichen von Prosciutto zu untersuchen.

Die Nanoindentation basiert auf den Normen für instrumentierte Eindrücke ASTM E2546 und ISO 14577. Dabei werden etablierte Methoden verwendet, bei denen eine Eindringspitze mit bekannter Geometrie mit einer kontrolliert ansteigenden Normallast in eine bestimmte Stelle des Prüfmaterials getrieben wird. Bei Erreichen einer voreingestellten Maximaltiefe wird die Normalkraft reduziert, bis eine vollständige Entspannung eintritt. Die Kraft wird von einem Piezoaktor aufgebracht und in einem Regelkreis mit einer hochempfindlichen Kraftmessdose gemessen. Während der Versuche wird die Position des Eindringkörpers relativ zur Probenoberfläche mit einem hochpräzisen kapazitiven Sensor überwacht. Die sich daraus ergebenden Kraft- und Verschiebungskurven liefern spezifische Daten über die mechanische Beschaffenheit des geprüften Materials. Mit Hilfe etablierter Modelle werden aus den Messdaten quantitative Härte- und Modulwerte berechnet. Die Nanoindentation eignet sich für Messungen mit geringer Belastung und Eindringtiefe im Nanometerbereich.

Ergebnisse und Diskussion

In den nachstehenden Tabellen sind die gemessenen Werte für Härte und Elastizitätsmodul mit Durchschnittswerten und Standardabweichungen aufgeführt. Eine hohe Oberflächenrauhigkeit kann aufgrund der geringen Größe des Eindrucks zu großen Abweichungen bei den Ergebnissen führen.

Der Fettbereich hatte etwa die Hälfte der Härte der Fleischbereiche. Die Fleischbehandlung bewirkte, dass der dunklere Fleischbereich härter war als der helle Fleischbereich. Elastizitätsmodul und Härte stehen in direktem Zusammenhang mit dem Kaugefühl der Fett- und Fleischbereiche. Der Fett- und der helle Fleischbereich haben nach 60 Sekunden eine höhere Kriechrate als das dunkle Fleisch.

Detaillierte Ergebnisse - Fett

Detaillierte Ergebnisse - Leichtes Fleisch

Detaillierte Ergebnisse - Dunkles Fleisch

Schlussfolgerung

In dieser Anwendung ist Nanovea's mechanischer Prüfer Im Nanoindentationsmodus wurden die mechanischen Eigenschaften der Fett- und Fleischbereiche zuverlässig bestimmt und gleichzeitig die hohe Rauheit der Probenoberfläche überwunden. Dies demonstrierte die umfassende und unübertroffene Leistungsfähigkeit des mechanischen Testers von Nanovea. Das System ermöglicht gleichzeitig präzise Messungen der mechanischen Eigenschaften von extrem harten Materialien und weichen biologischen Geweben.

Die Kraftmesszelle im geschlossenen Regelkreis mit dem Piezotisch gewährleistet eine präzise Messung von harten oder weichen Gelmaterialien von 1 bis 5 kPa. Mit demselben System ist es möglich, Biomaterialien bei höheren Belastungen bis zu 400N zu testen. Für Ermüdungsprüfungen können mehrere Belastungszyklen verwendet werden, und mit einer flachen zylindrischen Diamantspitze können Informationen über die Streckgrenze in jeder Zone gewonnen werden. Darüber hinaus können mit der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) die viskoelastischen Eigenschaften, der Verlust und die Speichermodule mit hoher Genauigkeit unter Verwendung der Laststeuerung im geschlossenen Regelkreis bewertet werden. Tests bei verschiedenen Temperaturen und unter Flüssigkeiten sind mit demselben System ebenfalls möglich.

Das mechanische Prüfgerät von Nanovea ist nach wie vor das beste Werkzeug für biologische und weiche Polymer/Gel-Anwendungen.