Dispositivos de ensayo para biomateriales naturales y artificiales

Para el desarrollo de implantes es necesario determinar los valores característicos en biomateriales naturales.

Ensayo de carga en fémur humano con bandas extensométricas

El ensayo sirve para averiguar en qué medida una endoprótesis implantada endurece el hueso y, de este modo, genera el denominado efecto stress-protection. Para ello, se coloca un fémur humano en una ZwickRoell AllroundLine de 20 kN, combinada con un rodamiento para evitar fuerzas transversales. A continuación, la cabeza femoral se somete a una carga axial. En la superficie del hueso se han pegado unas bandas extensométricas que permiten comparar la tensión superficial del fémur antes y después de implantar la prótesis.

Ensayo de carga en articulación de rodilla humana

Con una estructura de ensayo adaptado para carga, se pueden determinar las fuerzas resultantes en la articulación de rodilla. 

Ensayo de flexión en huesos de oveja

Para determinar la rigidez a la flexión tras la cicatrización de una fractura, se ha realizado un ensayo de flexión en 3 puntos en huesos de oveja. Para ello, se fija o se funden los extremos en portaprobetas del hueso recuperado tras una fractura. Con una máquina de sobremesa zwickiLine de 0,5 kN se aplica la fuerza. Las mordazas están construidas de forma que se puede realizar una rotación del hueso en un grado definido, de forma que se puede determinar la resistencia a la flexión a lo largo de todo el hueso. Los valores característicos adquiridos se utilizan en una simulación FEM de la cicatrización de fracturas de hueso.

Evaluación de características mecánicas (resistencia a la compresión o a la fluencia) de "scaffolds" en ingeniería de tejidos

Las investigaciones en biomateriales requieren que el entorno de ensayo corresponda en gran medida a las condiciones ambientales reales. Por ello, en este ámbito, es preferible ensayar en recipientes de medios o en incubadoras completas. En este tipo de casos, por ejemplo, se aplican células de médula ósea sobre un material soporte y se cultiva en una sustancia de cultivo en una simulación cíclica, mecánica. Para ello, se requiere una temperatura ambiente de 37 °C, una humedad del 100 % y una solicitación cíclica (máquina de ensayos ZwickRoell con actuador de ensayo electromecánico) a fuerzas parcialmente reducidas. A través de un punzón, integrado por arriba en la incubadora, se aplica la fuerza sobre la probeta. Las probetas sumergidas en cultivo se enjuagan con CO2 o N2 (5 - 8 %) para ajustar el valor PH. Las deformaciones están entre 30 y 100 μm. Para este ensayo de materiales de sustitución ósea se realiza una simulación in vitro de "scaffolds" o andamios poblados con células óseas por carga cíclica en caso de deformaciones superiores a =1 µm. Dichos substratos de sustitución ósea se utilizan para mejorar la cicatrización de la fractura o para el crecimiento de tejido o células óseas en implantes. De esta forma, no se requiere la extracción de material óseo propio de otras partes del esqueleto del paciente. 
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