Lääketieteellisten laitteiden suunnittelun keskeisiä käsitteitä ovat biomekaniikka, bioyhteensopivuus ja biofunktionaalisuus. Laboratoriossamme tarkastellaan lääketieteellisten laitteiden ja laitteiden kehittämisessä käytetyn biologisen kudoksen näytteenottoa, mekaniikkaa, luun ja mekaanista testausta EUROLABissa.

Lääketieteellisten laitteiden suunnittelu vaatii laajamittaista testausta. Biomekaniikka, joka osoittaa biologisten kudosten, kuten luun, jänteen, nivelsiteiden ja lihasten mekaaniset ominaisuudet, edellyttää biologisten kudosten tutkimista ja testausta erilaisissa kuormitusolosuhteissa. Vaikka biomekaniikka soveltaa teknisiä periaatteita biologisiin järjestelmiin, se edellyttää myös biologisen kudoksen huolellista analysointia. Lääketieteellinen laite voidaan tarkasti tarkistaa vain, jos kudoksen ominaisuudet ovat muuttuneet ja kudos, johon se on kosketuksissa, tunnetaan.

• Kudosten mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat iän ja vaihtelevien olosuhteiden mukaan lukien biologiset ja ympäristötekijät. Lisäksi useimmat kudokset ovat komposiitti- ja viskoelastisia materiaaleja, eli niiden mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat pisteestä toiseen.

Luustot, luurankojärjestelmän rakennuspalikat, ovat komposiittimateriaaleja, jotka koostuvat sekä nestemäisistä että kiinteistä faaseista. Vesi, joka voi olla läsnä orgaanisessa matriisissa tai kanavissa ja tyhjiöissä, muodostaa 25%: n kokonaisluudesta. Kiinteät faasit antavat luuille jäykän rakenteen sekä joustavuuden ja joustavuuden.

Luut voivat korjata ja muokata itseään, ja niiden mekaaniset ominaisuudet riippuvat kehon kokemista muutoksista. On myös tärkeää huomata, että koostumus ja sen seurauksena tietyt luun ominaisuudet vaihtelevat iän, sukupuolen, luun ja luukudoksen tyyppien ja muiden tekijöiden mukaan.

Luun luokittelussa on lukuisia termejä. Tässä artikkelissa käsitellään lyhyesti kahta kudosta muodostavaa kudosta: kortikaalinen tai kompakti luukudos ja sienimäinen tai huokoinen luukudos. Tiheä kortikaalinen luukudos on lineaarisesti elastinen ja muodostaa luiden ja diafyysin ulkokuoren. Kuitukerrosta, joka peittää kaikki luut (paitsi liitospinnat), kutsutaan periosteumiksi. Spongy luukudos on kortomaisen luun ympäröimä epähomogeeninen verkko.

Luut määritellään kortikaalisiksi tai huokoisiksi huokoisuuden ja organisaation asteen mukaan. Vaikka huokoisuusaste voi vaihdella ajan myötä tai taudin ja muuttuneen kuormituksen perusteella, huokoisella luulla on korkeampi huokoisuus kuin kortikaalisella luulla, kun se erottaa huokoiset luut ja kortikaaliset luut.

Luun aineellisten ominaisuuksien asianmukaiseksi analysoimiseksi on tarpeen keskustella mineraalipitoisuudesta. Kun luudilla on suurempi mineralisaatio, niillä on suurempi lopullinen vetolujuus (UTS) ja elastisuusmoduuli. Sitä vastoin korkea mineralisaatio vähentää yleensä kovuutta. Kortikaalisella luulla on suurempi kimmomoduuli kuin karkeilla luuilla ja sillä on sopivimmat ominaisuudet kestävälle momentille. Toisaalta, karkeilla luuilla on suurempi kyky tallentaa energiaa, joten se voi ylläpitää paljon suurempia jännityksiä kuin vikaantuminen lisäksi vastustamaan suuria puristus- ja leikkausvoimia.

Biomekaaninen testaus

Lääketieteellisten laitteiden biomekaaniset arvioinnit sisältävät implantin kyvyn kestää vetolujuus-, puristus- ja leikkausvoimia, vaihteluita ja vapausasteita sekä mekaanisia ominaisuuksia, kuten elastista moduulia, saanto- voimakkuutta ja vikaantumisen. Lääketieteellisten laitteiden kehittämiseen käytetään materiaaleja, kuten metalleja ja seoksia, keramiikkaa ja polymeerejä.

Metallisilla implantteilla on säännöllinen, 3D-kiderakenne, ja niitä käytetään pääasiassa kantaviin (esim. Lonkan ja olkapään istutteisiin, kiinnityslaitteisiin). Valittujen metallien ominaisuuksista riippuen erittäin reaktiiviset metalliset pinnat, jotka ovat kestäviä ympäröiville kudoksille, vaativat yleensä muita metallisia prosesseja tai, jos mahdollista, muiden biomateriaalien käyttöä ulkopinnalla. Toisaalta keramiikka on ei-metallinen ja ei-orgaaninen, jolla on suurin puristuslujuus, mutta joilla on huonot vetolujuusominaisuudet. Keramiikan yleisin käyttö on hammasimplantit. Polymeerit ovat orgaanisia materiaaleja, jotka koostuvat toistuvista yksiköistä. Edut sisältävät kontrolloidut hajoamisnopeudet ja helpon tuotannon.

Voit työskennellä laboratoriomme EUROLABin kanssa biomekaanisia testejä varten.