I test meccanici tradizionali (durezza, adesione, compressione, perforazione, resistenza allo snervamento, ecc.) richiedono maggiore precisione e affidabilità negli attuali ambienti di controllo qualità con un'ampia gamma di materiali avanzati, dai tessuti ai materiali fragili. La strumentazione meccanica tradizionale non è in grado di fornire il controllo sensibile del carico e la risoluzione necessari per i materiali avanzati. Le sfide associate ai biomateriali richiedono lo sviluppo di test meccanici in grado di controllare accuratamente il carico su materiali estremamente morbidi. Questi materiali richiedono carichi di prova molto bassi, inferiori al mN, con un ampio intervallo di profondità per garantire una misurazione corretta delle proprietà. Inoltre, molti tipi di test meccanici diversi possono essere eseguiti su un singolo sistema, consentendo una maggiore funzionalità. Ciò consente di effettuare una serie di importanti misurazioni sui biomateriali, tra cui la durezza, il modulo elastico, il modulo di perdita e di accumulo e il creep, oltre alla resistenza ai graffi e ai punti di rottura dello snervamento.

Obiettivo di misurazione

In questa applicazione il tester meccanico di Nanovea in modalità di nanoindentazione viene utilizzato per studiare la durezza e il modulo elastico di 3 aree separate di un sostituto biomateriale su regioni di grasso, carne chiara e carne scura del prosciutto.

La nanoindentazione si basa sugli standard di indentazione strumentale ASTM E2546 e ISO 14577. Utilizza metodi consolidati in cui una punta di penetrazione di geometria nota viene conficcata in un punto specifico del materiale di prova con un carico normale controllato e crescente. Quando si raggiunge una profondità massima prestabilita, il carico normale viene ridotto fino al completo rilassamento. Il carico viene applicato da un attuatore piezoelettrico e misurato in un ciclo controllato con una cella di carico ad alta sensibilità. Durante gli esperimenti, la posizione del penetratore rispetto alla superficie del campione viene monitorata con un sensore capacitivo ad alta precisione. Le curve di carico e spostamento risultanti forniscono dati specifici sulla natura meccanica del materiale testato. Modelli consolidati calcolano i valori quantitativi di durezza e modulo con i dati misurati. La nanoindentazione è adatta a misurazioni a basso carico e profondità di penetrazione su scala nanometrica.

Risultati e discussione

Le tabelle seguenti presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young con medie e deviazioni standard. Un'elevata rugosità superficiale può causare grandi variazioni nei risultati a causa delle dimensioni ridotte dell'indentazione.

L'area del grasso presentava una durezza pari a circa la metà di quella delle aree della carne. Il trattamento della carne ha fatto sì che la zona scura della carne fosse più dura di quella chiara. Il modulo elastico e la durezza sono in relazione diretta con la masticabilità al tatto delle aree del grasso e della carne. L'area del grasso e della carne chiara ha continuato a scorrere in misura maggiore rispetto alla carne scura dopo 60 secondi.

Risultati dettagliati - Grasso

Risultati dettagliati - Carne leggera

Risultati dettagliati - Carne scura

Conclusione

In questa applicazione, Nanovea tester meccanico in modalità nanoindentazione hanno determinato in modo affidabile le proprietà meccaniche delle aree di grasso e carne, superando l'elevata ruvidità della superficie del campione. Ciò ha dimostrato l'ampia e ineguagliata capacità del tester meccanico di Nanovea. Il sistema fornisce contemporaneamente misurazioni precise delle proprietà meccaniche su materiali estremamente duri e tessuti biologici molli.

La cella di carico in controllo ad anello chiuso con la tavola piezoelettrica assicura una misurazione precisa di materiali in gel duri o morbidi da 1 a 5kPa. Utilizzando lo stesso sistema, è possibile testare i biomateriali a carichi più elevati, fino a 400N. Per le prove di fatica è possibile utilizzare un carico a più cicli e ottenere informazioni sulla resistenza allo snervamento in ogni zona utilizzando una punta di diamante cilindrica piatta. Inoltre, con l'analisi meccanica dinamica (DMA), le proprietà viscoelastiche, la perdita e il modulo di accumulo possono essere valutati con elevata precisione grazie al controllo del carico ad anello chiuso. Sullo stesso sistema sono disponibili anche prove a varie temperature e sotto liquidi.

Il tester meccanico di Nanovea continua a essere lo strumento superiore per le applicazioni biologiche e di polimeri/gel morbidi.