Znaczenie nanoindentacji dla materiałów biologicznych

 
W przypadku wielu tradycyjnych testów mechanicznych (twardość, przyczepność, ściskanie, przebicie, granica plastyczności itp.), dzisiejsze środowiska kontroli jakości z zaawansowanymi materiałami wrażliwymi, od żeli po materiały kruche, wymagają obecnie większej precyzji i kontroli niezawodności. Tradycyjne oprzyrządowanie mechaniczne nie zapewnia wymaganej czułej kontroli obciążenia i rozdzielczości; zaprojektowane do stosowania w materiałach sypkich. Ponieważ wielkość badanego materiału stała się coraz bardziej interesująca, opracowane zostały następujące rozwiązania Nanoindentacja zapewniły niezawodną metodę uzyskiwania istotnych informacji mechanicznych na mniejszych powierzchniach, takich jak badania prowadzone na biomateriałach. Wyzwania związane z biomateriałami wymagały opracowania testów mechanicznych zdolnych do dokładnej kontroli obciążenia na materiałach od bardzo miękkich do kruchych. Ponadto do przeprowadzania różnych testów mechanicznych potrzebnych jest wiele urządzeń, które obecnie mogą być wykonywane w jednym systemie. Nanoindentacja zapewnia szeroki zakres pomiarów z precyzyjną rozdzielczością przy obciążeniach kontrolowanych w skali nano dla wrażliwych zastosowań.

Cel pomiaru

W tym zastosowaniu Nanovea Tester mechanicznyw trybie Nanoindentation służy do badania twardości i modułu sprężystości zębiny, próchnicy i miazgi zęba. Najbardziej krytycznym aspektem testów nanoindentacyjnych jest zabezpieczenie próbki. W tym przypadku pocięliśmy ząb i zamontowaliśmy go w żywicy epoksydowej, pozostawiając wszystkie trzy interesujące obszary wystawione na próbę.

Wyniki i dyskusja

Ta część zawiera tabelę podsumowującą, która porównuje główne wyniki liczbowe dla różnych próbek, a następnie pełne zestawienie wyników, w tym każde wykonane wgniecenie, wraz z mikrografami wgniecenia, jeśli są dostępne. Te pełne wyniki przedstawiają zmierzone wartości twardości i modułu Younga jako głębokości penetracji z ich średnimi i odchyleniami standardowymi. Należy wziąć pod uwagę, że duże różnice w wynikach mogą wystąpić w przypadku, gdy chropowatość powierzchni jest w tym samym zakresie wielkości co wgłębienie.

Tabela zbiorcza głównych wyników numerycznych:

Wniosek

Podsumowując, pokazaliśmy jak Nanovea Mechanical Tester, w trybie Nanoindentacji, zapewnia precyzyjny pomiar właściwości mechanicznych zęba. Dane te mogą być wykorzystane przy opracowywaniu wypełnień, które będą lepiej odpowiadać charakterystyce mechanicznej prawdziwego zęba. Możliwość pozycjonowania Nanovea Mechanical Tester pozwala na pełne odwzorowanie twardości zębów w różnych strefach.

Przy użyciu tego samego systemu możliwe jest badanie odporności na pękanie materiału zęba przy większych obciążeniach do 200N. W przypadku materiałów bardziej porowatych można zastosować wielocyklowy test obciążeniowy w celu oceny pozostałego poziomu elastyczności. Zastosowanie płaskiej, cylindrycznej końcówki diamentowej pozwala uzyskać informację o granicy plastyczności w każdej strefie. Dodatkowo, dzięki dynamicznej analizie mechanicznej DMA, można ocenić właściwości lepkosprężyste, w tym moduł stratności i magazynowania.

Nanomoduł Nanovea jest idealny do tych testów, ponieważ wykorzystuje unikalną reakcję sprzężenia zwrotnego, aby precyzyjnie kontrolować zastosowane obciążenie. Z tego powodu moduł nano może być również stosowany do wykonywania dokładnych testów zarysowania w skali nano. Badanie odporności na zarysowanie i zużycie materiału zęba i materiałów wypełniających zwiększa ogólną przydatność testera Mechanical. Zastosowanie ostrej końcówki o średnicy 2 mikronów do ilościowego porównania marmurkowania na materiałach wypełniających pozwoli na lepsze przewidywanie zachowania w rzeczywistych zastosowaniach. Testy zużycia wieloprzebiegowego lub bezpośredniego zużycia obrotowego są również powszechnie stosowanymi testami dostarczającymi ważnych informacji na temat długoterminowej żywotności.