Importancia de la nanoindentación para los materiales biológicos

 
Con muchos ensayos mecánicos tradicionales (dureza, adherencia, compresión, punción, límite elástico, etc.), los entornos actuales de control de calidad con materiales sensibles avanzados, desde geles hasta materiales quebradizos, requieren ahora un control de mayor precisión y fiabilidad. La instrumentación mecánica tradicional no proporciona el control de carga sensible y la resolución requerida; está diseñada para utilizarse con materiales a granel. A medida que aumentaba el interés por el tamaño del material sometido a ensayo, surgió el desarrollo de Nanoindentación han proporcionado un método fiable para obtener información mecánica esencial en superficies más pequeñas, como la investigación que se realiza con biomateriales. Los retos específicamente asociados a los biomateriales han exigido el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos a quebradizos. Además, se necesitan varios instrumentos para realizar diversas pruebas mecánicas que ahora pueden realizarse en un único sistema. La nanoindentación ofrece una amplia gama de mediciones con una resolución precisa en cargas nanocontroladas para aplicaciones sensibles.

Objetivo de medición

En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico, en modo Nanoindentación, se utiliza para estudiar la dureza y el módulo elástico de la dentina, la caries y la pulpa de un diente. El aspecto más crítico de las pruebas de nanoindentación es asegurar la muestra; aquí tomamos un diente cortado y lo montamos con epoxi dejando las tres áreas de interés expuestas para la prueba.

Resultados y discusión

Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las diferentes muestras, seguida de los listados de resultados completos, que incluyen cada indentación realizada, acompañados de micrografías de la indentación, cuando están disponibles. Estos resultados completos presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young como la profundidad de penetración con sus medias y desviaciones estándar. Hay que tener en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en el caso de que la rugosidad de la superficie esté en el mismo rango de tamaño que la indentación.

Tabla resumen de los principales resultados numéricos:

Conclusión:

En conclusión, hemos mostrado cómo el Nanovea Mechanical Tester, en modo de nanoindentación, proporciona una medición precisa de las propiedades mecánicas de un diente. Los datos pueden utilizarse en el desarrollo de empastes que se ajusten mejor a las características mecánicas de un diente real. La capacidad de posicionamiento del Nanovea Mechanical Tester permite un mapeo completo de la dureza de los dientes en las distintas zonas.

Utilizando el mismo sistema, es posible ensayar la tenacidad a la fractura del material de los dientes con cargas más altas, hasta 200N. Se puede utilizar un ensayo de carga de varios ciclos en materiales más porosos para evaluar el nivel de elasticidad restante. El uso de una punta de diamante cilíndrica plana puede proporcionar información sobre el límite elástico en cada zona. Además, con el "Análisis Mecánico Dinámico" DMA, se pueden evaluar las propiedades viscoelásticas, incluidos los módulos de pérdida y almacenamiento.

El nano módulo Nanovea es ideal para estas pruebas porque utiliza una respuesta de retroalimentación única para controlar con precisión la carga aplicada. Gracias a ello, el módulo nano también puede utilizarse para realizar ensayos precisos de nano arañazos. El estudio de la resistencia al rayado y al desgaste del material dental y de los materiales de obturación se suma a la utilidad general del comprobador mecánico. El uso de una punta afilada de 2 micras para comparar cuantitativamente el deterioro de los materiales de obturación permitirá predecir mejor el comportamiento en aplicaciones reales. Las pruebas de desgaste de varias pasadas o de desgaste rotativo directo son también pruebas comunes que proporcionan información importante sobre la viabilidad a largo plazo.