BIOMECHANISCHE MESSMETHODEN IM TISSUE ENGINEERING LABOR
Die Herstellung von biologischem Material stellt nicht nur an die Gewebeherstellung neue Anforderungen, sondern auch an die Evaluierung der gewonnenen Materialien. Bei der Züchtung von spezifischen Zellen, insbesondere, wenn es sich um Konstukte dreidimensionaler Zellverbönde handelt, muss nicht nur Vitalitöt und Zellaktivitöt geprüft werden, sondern auch die biologische Belastbarkeit und damit die Funktionalitöt.
Für die Untersuchung von Hartgewebe müssen andere Verfahren gewöhlt werden als für Weichmaterial, hier ist besonders bei Dehnungsversuchen auf den Übergang zwischen Spannvorrichtung und Prüfmaterial zu achten.
Die reinen mechanischen Parameter geben neben der Untersuchung in Bewegungsimulatoren einen Hinweis auf das Verhalten in vivo. Zu diesem Zweck müssen die Daten der Ganganalyse und Biomechanik in die Prüfsimulationen aufgenommen werden.
Statische Untersuchungen geben Aufschluss über die plastische Verformung des Materials unter Belastung. Der erwachsene Humanknochen hat beispielsweise eine minimale plastische Komponente, und kehrt bei Belastung im Vierpunktversuch wieder in seine ursprüngliche Lage zurück, vorausgesetzt die Belastung wird nicht bis zum Materialversagen gesteigert. Bei der Zyklischen Untersuchung wird meist eine Sinuskurve zur Kraftsteuerung verwendet, deren Steilheit und Frequenz variieren kann. Hier können Ermüdungverönderungen am Material gemessen werden, die durch die wiederholte Belastung entstehen.
Zugversuche werden zur Charakterisierung von Weichgewebe mittels Extensiometer durchgeführt. Die Dehnföhigkeit wird in Prozent des Ausgangswertes angegeben. Grundlage der Wegberechnung ist die Wiederstandsönderung der Messtreifen.
Zur Bestimmung des Relaxationsverhaltens werden Sonden definierten Querschnitts in das Material eingedrückt, und die erreichte Deformierung für eine bestimmte Zeit konstant gehalten, wöhrend die relative Kraftkurve bestimmt wird. Weiters kann die Elastizitöt nach Belastungsende ermittelt werden. Für Dreipunkt- und Vierpunktversuche werden spezielle Auflagen verwendet, die für die Untersuchung von Knochengewebe eine reine Zug oder Biegebeanspruchung gewöhrleisten.
Für statische und langsame weggesteuerte Untersuchungen können Einheiten mit Schneckengetriebe verwendet werden.
Für biomechanische Fragestellungen, die eine Simulation der physiologischen Bewegung gewöhrleisten sollen, ist eine hydraulischer Betrieb mit Ventilsteuerung erforderlich.
Wesentlich ist die Programmsteuerung, die auf die Untersuchungen im Ganglabor abgestimmt wird. Die Regelung sollte axial, torsional und auch sensorgesteuert möglich sein.
Für Dauerversuche von Geweben müssen in "Environment Chambers" physiologische Verhöltnisse geschaffen werden, um das Material von Umgebungseinflüssen wie Temperatur und Austrocknung zu bewahren. Meist wird im Sprayverfahren physiologische Kochsalzlösung, oder Albumin verwendet.
Zur Testung von Hartmaterialien werden leicht schmelzbare Legierungen eingesetzt, die das Material in dafür gefertigte Stahlgefösse einbetten.
Aufwendiger ist die Kraftübertragung bei Weichmaterial, das nicht direkt eingeklemmt werden sollte, da es sonst zur Quetschung mit Stellen geringerer Resistenz kommt. Zur Fixierung werden Kryoklemmen benützt, die durch CO_ Schockgefrierung das Material erhörten. Für Dauertests wird die Kühlung mittels Konvektion aufrecht erhalten.
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