مفاهیم کلیدی برای طراحی دستگاه پزشکی عبارتند از بیومکانیک، سازگاری زیستی و قابلیت زیست شناختی. آزمایشگاه ما آزمایشات بیومکانیک را در EUROLAB، مکانیک، استخوان و تست مکانیکی یک بافت بیولوژیکی نمونه مورد استفاده در توسعه دستگاه های پزشکی و تجهیزات بررسی خواهد کرد.

طراحی دستگاه پزشکی نیاز به آزمایش گسترده دارد. بیومکانیک، که نشان دهنده خواص مکانیکی بافت های بیولوژیکی مانند استخوان، تاندون، لیگامان و عضلات است، نیاز به تحقیق و آزمایش بافت های بیولوژیکی تحت شرایط بارگذاری مختلف دارد. گرچه بیومکانیک اصول مهندسی را به سیستم های بیولوژیکی اعمال می کند، همچنین نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق بافت های بیولوژیک دارد. یک دستگاه پزشکی تنها می تواند با دقت بررسی شود، اگر خواص بافت آن تغییر کرده و بافتی که با آن در تماس است شناخته شده است.

• خواص مکانیکی بافتها با سن و شرایط مختلف از جمله عوامل بیولوژیکی و محیطی متفاوت است. علاوه بر این، بیشتر بافت ها مواد کامپوزیتی و ویسکولاستوز هستند، به عنوان مثال خواص مکانیکی آنها از یک نقطه به دیگری متفاوت است.

استخوان ها، بلوک های ساختمانی سیستم اسکلتی، مواد کامپوزیتی هستند که شامل فاز مایع و جامد می باشند. آب، که ممکن است در ماتریکس آلی یا در کانال ها و حفره ها وجود داشته باشد، 25 درصد کل وزن استخوان را تشکیل می دهد. فازهای جامد استخوان ها را ساختار سفت و سخت و انعطاف پذیری و انعطاف پذیری می کنند.

استخوان ها می توانند خود را تعمیر کنند و تغییر شکل دهند، و خواص مکانیکی آنها بستگی به تغییرات بدست آمده بدن دارد. همچنین لازم به ذکر است که ترکیب و به همین ترتیب برخی ویژگی های استخوانی بر اساس نوع بافت، جنس، استخوان و بافت استخوانی و سایر عوامل متفاوت است.

شرایط متعدد برای طبقه بندی استخوان وجود دارد. این مقاله به طور مختصر دو بافتی را تشکیل می دهد که استخوان را تشکیل می دهند: بافت استخوانی کورتیک یا فشرده و بافت استخوانی اسفنجی یا اسفنجی. بافت استخوانی کورتکس متراکم خطی است و قشر بیرونی استخوان و دیافیز را تشکیل می دهد. لایه فیبری که تمام استخوان ها را پوشش می دهد (به غیر از سطوح مشترک)، پروستات نامیده می شود. بافت استخوانی اسفنجی، یک شبکه غیرمجاز محصور شده توسط استخوان کورتیک است.

استخوانها به صورت متخلخل یا گودال تعریف می شوند، بسته به درجه تخلخل و سازمان. اگر چه میزان تخلخل ممکن است در طول زمان یا با بیماری و تغییر بار تغییر کند، استخوان اسفنجی تخلخل بیشتری را نسبت به استخوان کورتیک در هنگام تمایز بین استخوان های اسفنجی و استخوان های قشر می گیرد.

برای تجزیه و تحلیل خواص مادی استخوان، لازم است که محتوای مواد معدنی مورد بحث قرار گیرد. هنگامی که استخوان ها دارای کانی سازی بالاتری هستند، آنها دارای استحکام کششی بالاتر (UTS) و ماژول الاستیک هستند. در مقابل، کانی سازی بالا به طور کلی سختی را کاهش می دهد. استخوان کرتکتیو یک مدول انعطاف پذیری بالاتر از استخوان کونتیال را نشان می دهد و دارای مناسب ترین خواص برای گشتاور مقاوم است. از سوی دیگر، استخوان کانچلی دارای ظرفیت بیشتری برای ذخیره انرژی است، بنابراین می تواند فشارهای بسیار بیشتری را نسبت به شکست در علاوه بر مقاومت در برابر نیروهای فشرده سازی و برشی بالا حفظ کند.

آزمایش بیومکانیک

ارزیابی های بیومکانیک برای وسایل پزشکی شامل توانایی ایمپلنت برای مقاومت در برابر نیروهای کششی، فشاری و برشی، تغییرات و درجه آزادی و خواص مکانیکی دستگاه، مانند ماژول الاستیک، راندمان و انقباض شکست است. مواد تشکیل دهنده مانند فلزات و آلیاژها، سرامیک و پلیمرها برای توسعه تجهیزات پزشکی استفاده می شود.

ایمپلنت های فلزی دارای ساختار کریستالی منظم، 3D هستند و عمدتا برای تحمل بار استفاده می شوند (مانند ایمپلنت های بیهوشی و شانه، دستگاه های ثابت). بسته به خواص فلز انتخاب شده، سطوح فلزات بسیار واکنشی که مقاوم به بافت های اطراف هستند، به طور کلی نیاز به فرآیندهای فلزی بیشتر یا، در صورت امکان، استفاده از سایر مواد بیولوژیکی روی سطح بیرونی است. از سوی دیگر، سرامیک غیر فلزی و غیر آلی است که دارای بالاترین مقاومت فشاری است، اما خواص کششی ضعیف را نشان می دهد. شایع ترین استفاده از سرامیک ایمپلنت دندانی است. پلیمرها مواد ارگانیک هستند که از واحدهای تکراری تشکیل شده اند. مزایا شامل میزان تخریب کنترل شده و تولید آسان است.

شما می توانید با آزمایشگاه EUROLAB ما برای آزمایش های بیومکانیک کار کنید.