Geleneksel mekanik testler (sertlik, yapışma, sıkıştırma, delinme, akma dayanımı vb.), dokulardan kırılgan malzemelere kadar çok çeşitli gelişmiş malzemelerin bulunduğu günümüzün kalite kontrol ortamlarında daha fazla hassasiyet ve güvenilirlik gerektirir. Geleneksel mekanik enstrümantasyon, gelişmiş malzemeler için gereken hassas yük kontrolünü ve çözünürlüğü sağlayamamaktadır. Biyomalzemelerle ilgili zorluklar, son derece yumuşak malzemeler üzerinde doğru yük kontrolü yapabilen mekanik testlerin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu malzemeler, uygun özellik ölçümünü sağlamak için geniş derinlik aralığına sahip çok düşük mN altı test yükleri gerektirir. Buna ek olarak, birçok farklı mekanik test türü tek bir sistem üzerinde gerçekleştirilebilir ve bu da daha fazla işlevsellik sağlar. Bu, biyomalzemeler üzerinde çizilme direnci ve akma dayanımı hata noktalarına ek olarak sertlik, elastik modül, kayıp ve depolama modülü ve sürünme dahil olmak üzere bir dizi önemli ölçüm sağlar.

Ölçüm Hedefi

Bu uygulamada Nanovea'nın nanoindentasyon modundaki mekanik test cihazı, prosciutto'nun yağ, açık et ve koyu et bölgelerinde bir biyomalzeme ikamesinin 3 ayrı alanının sertliğini ve elastik modülünü incelemek için kullanılmıştır.

Nano indentasyon, ASTM E2546 ve ISO 14577 enstrümanlı indentasyon standartlarına dayanmaktadır. Bilinen geometriye sahip bir girinti ucunun, kontrollü artan normal yük ile test malzemesinin belirli bir bölgesine sürüldüğü yerleşik yöntemleri kullanır. Önceden ayarlanmış bir maksimum derinliğe ulaşıldığında, tamamen gevşeme gerçekleşene kadar normal yük azaltılır. Yük, bir piezo aktüatör tarafından uygulanır ve yüksek hassasiyetli bir yük hücresi ile kontrollü bir döngüde ölçülür. Deneyler sırasında numune yüzeyine göre indenter pozisyonu yüksek hassasiyetli kapasitif sensör ile izlenir. Elde edilen yük ve yer değiştirme eğrileri, test edilen malzemenin mekanik yapısına özgü veriler sağlar. Oluşturulan modeller, ölçülen verilerle kantitatif sertlik ve modül değerlerini hesaplar. Nanoindentasyon, nanometre ölçeklerinde düşük yük ve penetrasyon derinliği ölçümleri için uygundur.

Sonuçlar ve Tartışma

Aşağıdaki tablolar sertlik ve Young modülünün ölçülen değerlerini ortalamalar ve standart sapmalarla birlikte sunmaktadır. Yüksek yüzey pürüzlülüğü, küçük girinti boyutu nedeniyle sonuçlarda büyük değişikliklere neden olabilir.

Yağ bölgesi et bölgelerinin yaklaşık yarısı kadar sertliğe sahipti. Et muamelesi koyu renkli et alanının açık renkli et alanından daha sert olmasına neden olmuştur. Elastik modül ve sertlik, yağ ve et bölgelerinin ağızda hissedilen çiğnenebilirliği ile doğrudan ilişkilidir. Yağlı ve açık renkli et bölgeleri 60 saniye sonra koyu renkli ete göre daha yüksek oranda sünmeye devam etmiştir.

Detaylı Sonuçlar - Yağ

Detaylı Sonuçlar - Hafif Et

Detaylı Sonuçlar - Koyu Et

Sonuç

Bu uygulamada Nanovea'nın mekanik test cihazı nanoindentasyon modunda, yüksek numune yüzey pürüzlülüğünün üstesinden gelirken yağ ve et alanlarının mekanik özelliklerini güvenilir bir şekilde belirledi. Bu, Nanovea'nın mekanik test cihazının geniş ve eşsiz kapasitesini ortaya koydu. Sistem aynı anda son derece sert malzemeler ve yumuşak biyolojik dokular üzerinde hassas mekanik özellik ölçümleri sağlar.

Piezo tabla ile kapalı döngü kontrolündeki yük hücresi, sert veya yumuşak jel malzemelerin 1 ila 5kPa arasında hassas ölçümünü sağlar. Aynı sistemi kullanarak, biyomalzemeleri 400N'ye kadar daha yüksek yüklerde test etmek mümkündür. Yorulma testi için çok döngülü yükleme kullanılabilir ve düz silindirik bir elmas uç kullanılarak her bölgedeki akma dayanımı bilgileri elde edilebilir. Ayrıca, Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ile viskoelastik özellikler kayıp ve depolama modülleri, kapalı döngü yük kontrolü kullanılarak yüksek doğrulukla değerlendirilebilir. Aynı sistem üzerinde çeşitli sıcaklıklarda ve sıvılar altında testler de yapılabilmektedir.

Nanovea'nın mekanik test cihazı biyolojik ve yumuşak polimer/jel uygulamaları için üstün bir araç olmaya devam ediyor.