バイオ材料におけるナノインデンテーションの重要性

 
ゲルから脆性材料に至るまで、高度な敏感な材料を使用する今日の品質管理環境では、従来の多くの機械的試験 (硬度、接着力、圧縮、突刺し、降伏強度など) が必要となり、より高い精度と信頼性の管理が求められています。従来の機械式計装では、必要な高感度の負荷制御と分解能を提供できません。バルク材料に使用するように設計されています。試験される材料のサイズに対する関心が高まるにつれて、 ナノインデンテーション 生体材料を使って行われている研究など、より小さな表面に関する重要な機械的情報を取得するための信頼できる方法を提供しました。生体材料に特に関連する課題には、非常に柔らかい材料から脆い材料に対する正確な荷重制御が可能な機械的試験の開発が必要でした。また、さまざまな機械的テストを実行するには複数の機器が必要でしたが、現在では単一のシステムで実行できるようになりました。ナノインデンテーションは、敏感な用途向けにナノ制御された荷重で正確な分解能で幅広い測定を提供します。

測定目的

このアプリケーションでは、ナノベア メカニカルテスターは、ナノインデンテーション モードで、歯の象牙質、虫歯、歯髄の硬度と弾性率を研究するために使用されます。ナノインデンテーション試験で最も重要な点は、サンプルを固定することです。ここでは、スライスした歯を採取し、エポキシを取り付けて、3 つの対象領域すべてを試験用に露出させておきました。

結果および考察

このセクションでは、異なる試料の主な数値結果を比較した要約表と、実施した各圧痕を含む完全な結果リストがあり、可能な場合は圧痕の顕微鏡写真も添えています。これらの全結果は、硬度とヤング率の測定値を押し込み深さとして、その平均値と標準偏差を表示しています。なお、表面粗さが圧痕と同じ大きさの範囲にある場合、結果に大きなばらつきが生じる可能性があることを考慮しておく必要がある。

主な数値結果のサマリー表。

結論

最後に、ナノインデンテーション・モードのナノベアメカニカルテスターで、歯の機械的特性を正確に測定する方法を紹介しました。このデータは、実際の歯の機械的特性によりよく適合する詰め物の開発に利用することができます。ナノベアメカニカルテスターの位置決め機能により、様々なゾーンに渡る歯の硬度の完全なマッピングが可能です。

同じシステムを使って、200Nまでの高荷重で歯の材料の破壊靭性をテストすることが可能です。多孔質材料では、マルチサイクル荷重試験で弾性残存率を評価することができます。平らな円柱状のダイヤモンドチップを使用することで、各ゾーンでの降伏強度の情報を得ることができます。また、DMA（Dynamic Mechanical Analysis）により、損失弾性率や貯蔵弾性率などの粘弾性特性を評価することができます。

ナノベアーのナノモジュールは、独自のフィードバック応答により、かかる荷重を正確に制御するため、こうした試験に最適です。このため、ナノモジュールを使用して正確なナノスクラッチ試験を行うことも可能です。歯材や充填材の耐スクラッチ性と耐摩耗性の研究は、メカニカルテスターの有用性をさらに高めています。2ミクロンの鋭い探針を使って充填材の傷を定量的に比較することで、実際のアプリケーションでの挙動をより正確に予測することが可能になります。マルチパス摩耗または直接回転摩耗試験も一般的な試験であり、長期的な生存率に関する重要な情報を提供します。