Os testes mecânicos tradicionais (dureza, aderência, compressão, punção, resistência à ruptura, etc.) exigem maior precisão e confiabilidade nos ambientes atuais de controle de qualidade com uma ampla gama de materiais avançados, desde tecidos até materiais frágeis. A instrumentação mecânica tradicional não fornece o controle de carga sensível e a resolução necessária para materiais avançados. Os desafios associados aos biomateriais exigem o desenvolvimento de testes mecânicos capazes de controlar com precisão a carga de materiais extremamente macios. Estes materiais exigem cargas de teste sub mN muito baixas com grande alcance de profundidade para garantir a medição adequada das propriedades. Além disso, muitos tipos diferentes de testes mecânicos podem ser realizados em um único sistema, permitindo uma maior funcionalidade. Isto fornece uma gama de medições importantes sobre biomateriais, incluindo dureza, módulo elástico, módulo de perda e armazenamento, além de resistência a arranhões e pontos de ruptura de resistência ao escoamento.

Objetivo da medição

Nesta aplicação o testador mecânico Nanovea em modo nanoindentação é usado para estudar a dureza e o módulo elástico de 3 áreas separadas de um substituto de biomaterial em regiões de gordura, carne clara e carne escura de prosciutto.

A nanoindentação é baseada nas normas de indentação instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Ela usa métodos estabelecidos onde uma ponta de indentação de geometria conhecida é conduzida para um local específico do material de teste com uma carga normal crescente controlada. Ao atingir uma profundidade máxima pré-estabelecida, a carga normal é reduzida até que ocorra um relaxamento completo. A carga é aplicada por um atuador piezo e medida em um laço controlado com uma célula de carga de alta sensibilidade. Durante os experimentos, a posição de indentro em relação à superfície da amostra é monitorada com um sensor capacitivo de alta precisão. As curvas de carga e deslocamento resultantes fornecem dados específicos para a natureza mecânica do material testado. Os modelos estabelecidos calculam a dureza quantitativa e os valores de módulo com os dados medidos. A nanoindentação é adequada para medições de baixa carga e profundidade de penetração em escalas nanométricas.

Resultados e Discussão

Estas tabelas abaixo apresentam valores medidos de dureza e módulo de Young com médias e desvios padrão. A elevada rugosidade superficial pode causar grandes variações nos resultados devido ao pequeno tamanho do recuo.

A área de gordura tinha cerca da metade da dureza das áreas de carne. O tratamento da carne fez com que a área mais escura da carne fosse mais dura do que a área mais clara. O módulo elástico e a dureza estão em relação direta com a sensação de mastigabilidade da boca das áreas de gordura e de carne. A área de gordura e de carne clara tem rastejamento continuando a uma taxa maior do que a de carne escura após 60 segundos.

Resultados detalhados - Gordura

Resultados detalhados - Carne leve

Resultados detalhados - Carne escura

Conclusão

Nesta aplicação, o Nanovea testador mecânico no modo de nanoindentação, determinou de forma confiável as propriedades mecânicas das áreas de gordura e carne, ao mesmo tempo em que superou a alta rugosidade da superfície da amostra. Isto demonstrou a ampla e incomparável capacidade do testador mecânico da Nanovea. O sistema fornece simultaneamente medições precisas de propriedades mecânicas em materiais extremamente duros e tecidos biológicos moles.

A célula de carga em circuito fechado com a mesa piezoelétrica garante a medição precisa de materiais em gel duros ou moles de 1 a 5kPa. Usando o mesmo sistema, é possível testar biomateriais com cargas mais altas de até 400N. A carga de múltiplos ciclos pode ser usada para testes de fadiga e as informações de resistência ao escoamento em cada zona podem ser obtidas usando uma ponta cilíndrica plana de diamante. Além disso, com a Análise Mecânica Dinâmica (DMA), a perda de propriedades viscoelásticas e os módulos de armazenamento podem ser avaliados com alta precisão usando o controle de carga em circuito fechado. Testes em várias temperaturas e sob líquidos também estão disponíveis no mesmo sistema.

O testador mecânico da Nanovea continua sendo a ferramenta superior para aplicações biológicas e de polímeros moles/gel.