Los ensayos mecánicos tradicionales (dureza, adhesión, compresión, punción, límite elástico, etc.) requieren una mayor precisión y fiabilidad en los entornos de control de calidad actuales, con una amplia gama de materiales avanzados, desde tejidos hasta materiales frágiles. La instrumentación mecánica tradicional no proporciona el control de carga sensible y la resolución requerida para los materiales avanzados. Los retos asociados a los biomateriales exigen el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos. Estos materiales requieren cargas de ensayo muy bajas por debajo de los mN con un gran rango de profundidad para garantizar una medición adecuada de las propiedades. Además, se pueden realizar muchos tipos de ensayos mecánicos diferentes en un solo sistema, lo que permite una mayor funcionalidad. Esto permite realizar una serie de mediciones importantes en biomateriales, como la dureza, el módulo elástico, el módulo de pérdida y de almacenamiento y la fluencia, además de la resistencia al rayado y los puntos de fallo del límite elástico.

Objetivo de medición

En esta aplicación se utiliza el probador mecánico de Nanovea en modo de nanoindentación para estudiar la dureza y el módulo elástico de 3 áreas separadas de un sustituto de biomaterial en las regiones de grasa, carne clara y carne oscura del prosciutto.

La nanoindentación se basa en las normas de indentación instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Utiliza métodos establecidos en los que una punta de indentación de geometría conocida se introduce en un lugar específico del material de prueba con una carga normal creciente y controlada. Cuando se alcanza una profundidad máxima preestablecida, la carga normal se reduce hasta que se produce una relajación completa. La carga se aplica mediante un actuador piezoeléctrico y se mide en un bucle controlado con una célula de carga de alta sensibilidad. Durante los experimentos, la posición del penetrador con respecto a la superficie de la muestra se controla con un sensor capacitivo de alta precisión. Las curvas de carga y desplazamiento resultantes proporcionan datos específicos de la naturaleza mecánica del material ensayado. Los modelos establecidos calculan los valores cuantitativos de dureza y módulo con los datos medidos. La nanoindentación es adecuada para las mediciones de baja carga y profundidad de penetración en escalas nanométricas.

Resultados y discusión

Estas tablas presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young con medias y desviaciones estándar. Una alta rugosidad de la superficie puede causar grandes variaciones en los resultados debido al pequeño tamaño de la indentación.

La zona de grasa tenía aproximadamente la mitad de dureza que las zonas de carne. El tratamiento de la carne hizo que la zona de carne más oscura fuera más dura que la zona de carne clara. El módulo elástico y la dureza están en relación directa con la sensación en boca de las zonas de grasa y carne. La grasa y la zona de la carne clara tienen una fluencia que continúa a un ritmo mayor que la carne oscura después de 60 segundos.

Resultados detallados - Grasa

Resultados detallados - Carne ligera

Resultados detallados - Carne oscura

Conclusión:

En esta aplicación, Nanovea probador mecánico en el modo de nanoindentación determinó de manera confiable las propiedades mecánicas de las áreas de grasa y carne, al tiempo que superó la alta rugosidad de la superficie de la muestra. Esto demostró la amplia e inigualable capacidad del probador mecánico de Nanovea. El sistema proporciona simultáneamente mediciones precisas de propiedades mecánicas en materiales extremadamente duros y tejidos biológicos blandos.

La célula de carga en control de bucle cerrado con la mesa piezoeléctrica garantiza una medición precisa de materiales de gel duros o blandos de 1 a 5kPa. Utilizando el mismo sistema, es posible ensayar biomateriales con cargas superiores de hasta 400N. Se puede utilizar la carga multiciclo para las pruebas de fatiga y se puede obtener información sobre el límite elástico en cada zona utilizando una punta de diamante cilíndrica plana. Además, con el Análisis Mecánico Dinámico (AMD), se pueden evaluar con gran precisión las propiedades viscoelásticas, la pérdida y los módulos de almacenamiento, utilizando el control de carga de bucle cerrado. También se pueden realizar pruebas a distintas temperaturas y bajo líquidos en el mismo sistema.

El probador mecánico de Nanovea sigue siendo la herramienta superior para aplicaciones biológicas y de polímeros/geles blandos.