Własności mechaniczne mat. medycznych są parametrami, decydującymi o przydatności materiałów. Najczęściej analizuje się następujące własności mechaniczne materiałów medycznych: - wytrzymałość - twardość - sprężystość - plastyczność - kruchość -wiąskość -ciągliwość Mechaniczne metody badań mat med Pomiar modułu sprężystości dokonuje się metodami: - pomiar ugięcia belki – próba zginania - pomiar wydłużenia próbki – próba rozciągania - próba ściskania - pomiar częstotliwości drgań próbki w postaci pręta podpartego poprzez pomiar prędkości dźwięku w materiale (metoda najdokładniejsza)Próba rozciągania Przeprowadza się na maszynie wytrzymałościowej poddając próbki rozciąganiu wzdłuż osi próbki. Wyznaczona wartość wytrzymałości na rozciąganie Rm jest największym naprężeniem odpowiadającym największej sile obciążającej podczas próby rozciągania. Podczas próby rozciągania można wyznaczyć również granicę plastyczności, wydłużenie oraz moduł sprężystości wzdłużnej. Próba ściskania Badanie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na prasie. Próba trzypunktowego zginania podczas próby można wyznaczyć wytrzymałość na zginanie Rg, będącą stosunkiem niszczącego momentu gnącego Mg [Nmm] do wskaźnika przekroju przy zginaniu W [mm3]: Wartość momentu gnącego Mg zależy od działającej siły oraz od odległości pomiędzy podporami. Wskaźnik wytrzymałości uzależniony jest od rodzaju przekroju. Pomiar twardości mat można mierzyć metodami statycznymi oraz dynamicznymi. Do metod statycznych należą: - metoda Brinella - metoda Rockwella - metoda Vickersa: Pomiar mikrotwardości materiałów nanometrycznych przeprowadza się nanotwardościomierzami, które są połączone z mikroskopem sił atomowych (AFM), gdzie skanuje się wybrany obszar a następnie za pomocą wgłębnika diamentowego mierzy jego twardość. Pomiar ścieralności Badanie polega na pomiarze ubytku masy próbki podczas ścierania jej na wirującej tarczy ściernej metodą pin-on-disc. Płaska próbka umieszczana jest na obrotowej tarczy i poddawana zużyciu przez tarcie trzpienia obciążonego stałą siłą.

Fizyczne metody badań materiałów medycznych Do metod fizycznych zalicza się następujące metody: - mikroskopia: optyczna, hologramowa, elektronowa, ultradźwiękowa - spektrometria: optyczna i masowa - analiza fluoroscencyjna - tomografia: komputerowa, promieniowania X, magnetyczne rezonansu jądrowego

-ultrasonografia - elektrokardiografia i encelografia. Metody chemiczne i biologiczne badań obejmować mogą: ocenę wstępną; badania in vitro; badania in vivo na zwierzętach. Wstępna ocena biologiczna (metody) - analiza za pomocą spektrofometrów - metoda chromatografii - metoda odwróconej chromatografii gazowej - metoda chromatografii cienkowarstwowej – w tej metodzie fazę stacjonarną stanowi cienka warstwa (metoda TLC).

Badania biozgodności in vivo polegają na wszczepieniu biomateriału do organizmu zwierząt doświadczalnych. Obserwacje kliniczne to: testy laboratoryjne oraz badania nieinwazyjne Przeprowadza się również badania histopatologiczne – badania tkanek otaczających wszczepiony biomateriał. Badania wykonuje się po wykonaniu sekcji zwierzęcia i pobraniu fragmentów tkanek różnych narządów – ocena reakcji zachodzących w bezpośrednim kontakcie z badanym materiałem. Badania in vitro Test genotoksyczności, karcenogenności Działanie genotoksyczne – zdolność do indukowania zmian w sekwencji nukleotydów DNA bezpośrednio przez dany związek, albo jego reaktywny metaboli Metody oceny genotoksyczności: 1. Ocena mutacji genowych: - Test mutacji powrotnych na bakteriach – badanie czy dana substancja jest mutagenna - Test mutacji genowych na komórkach ssaków in vivo - Test plamkowy na myszach 2. Ocena aberracji chromosomowych 3. Ocena efektów genotoksycznych – najczęściej używa się fibroblastów chomika chińskiego oraz limfocytów krwi człowieka. 4. Badanie transformacji komórek ssaków in vitro.

PRZEBUDOWA STRUKTUR KOSTNYCH Prawo Wolff’a  „struktura trabekularna (beleczkowata) tkanki kostnej w warunkach równowagi dostosowuje się do kierunków naprężeń głównych”.  Określa się to jako zdolność kości do dostosowania się do zewnętrznych obciążeń mechanicznych. Przebudowa tkanki kostnej jest procesem kompleksowym zawierającym pewną ilość funkcji komórkowych wprost kreujących koordynacją resorbcji i formowania się nowej kości.  CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PRZEBUDOWĘ TKANKI KOSTNEJ (REMODELING) Remodeling kości jest regulowany przez system hormonów i różne czynniki lokalne, które wywierają wpływ na poszczególne rodziny komórek (osteoblasty i osteoklasty) oraz wpływają na takie efekty jak: odtwarzanie niezróżnicowanych komórek, przyrost (pobór) komórek,  różnicowanie funkcji komórek. Produktem końcowym remodelingu jest utrzymanie mineralizacji podłoża kostnego, którego głównym składnikiem organicznym jest kolagen. Satała tensometru Współczynnik k nazywamy stałą tensometru; zawiera się on w granicach 1.6-3.6 w zależności od materiału, z którego wy konany jest drut oporowy. Zakres liniowości powyższej zależności sięga w odkształceniach 5 promil, co odpowiada naprężeniom w stali rzędu 1000 MPa (granica plastyczności dla stali konstrukcyjnej wynosi 200-400 MPa) $\frac{\text{dR}}{R} = kE$ Tensometria metoda wyznaczania naprężeń na podstawie pomiarów odkształceń materiału badanej konstrukcji. metoda punktowa, gdyż pozwala wyznaczyć odkształcenie badanego ciała tylko w punkcie przyłożenia tensometru. Tensometr (czujnik tensometryczny) – przyrząd do pomiaru odkształceń liniowych oraz za ich pośrednictwem naprężeń występujących przy obciążeniu badanego ciała. Wielkości charakteryzujące tensometr: baza, przełożenie Rodzaje tensometrów: -Mechaniczne (mechaniczne, optyczno-mechaniczne, strunowe) -Elektryczne (rezystancyjne (oporowe) – obecnie najpowszechniejsze, indukcyjne, elektrodynamiczne, piezoelektryczne, pojemnościowe)

Kryterium doboru odpowiedniego tensometru musi uwzględniać warunki i wymagania pomiaru związane z rodzajem materiału, kształtem elementu konstrukcyjnego, rodzajem obciążenia, temperaturą i innymi czynnikami. Kryteria te w dużej mierze zależą też od rodzaju tensometru i zasady jego działania. Wymagania wobec tensometrów: -pomiar maksymalnie zbliżony do punktowego -duża czułość -minimalny błąd pomiaru -dobra powtarzalność Zasadnicze elementy tensorów mechanicznych: dźwignie, przekładnie zębate, pręty, cięgna Czujnik tensometryczny – zasadnicza część urządzenia tensometrycznego, przylegająca do powierzchni badanego ciała w ten sposób, że jej odkształcenia są identyczne z odkształceniami tego ciała. Czujnik tensometryczny ma skończone rozmiary – nie może być dowolnie mały (najmniejsze tensometry ok. 0.1 mm) – pomiar w punkcie jest niemożliwy. Baza – podstawowa cecha tensometru, długość pomiarowa L0, do której odnosi się zmiana ∆L0 długości pomiarowej wywołanej odkształceniem elementu, do którego przymocowany jest czujnik tensometryczny. ε=∆ L₀/L₀ odkształcenie (względne wydłużenie) tensometru określa średnią odkształcenia na długości bazy tensometru. Dlatego: - w miejscach koncentracji naprężeń należy stosować tensometry o małej bazie (jak najkrótszej): 0.5-3 mm - w przypadku liniowej zmienności stanu naprężeń można stosować tensometry o średniej bazie: 5-30 mm - w przypadku badania cech mechanicznych materiału w warunkach jednorodnego stanu naprężenia można stosować tensometry o dużej bazie: >30mm. Pomiar nominalnie (z nazwy) w punkcie – tzn. pomiar w małym obszarze wokół tego punktu.

Izokliny obserwowane są w świetle liniowo spolaryzowanym. Określają miejsca o stałyeh kierunkach głównych naprężeń które, generalnie, zmieniają się od punktu do punktu Kierunki naprężeń głównych pokrywają się dokładnie z kierunkami osi polaryzatora i analizatora. PrąZki izoklin nakładają sie na wzorzec izochrom w postaci czarnych linii, pasm lub stref.

Aby je prawidłowo zidentyfikować i odróżnić od. równie/ czarnej, izochromy zerowej (patrz dalej izochromy). należy zwrócić uwagę na następujące właściwości:

-izokliny zmieniają swoje położenie wraz z obrotem analizatora sprzęgniętego z polary'zatorem.

-w trakcie obciążania (przy proporcjonalnych przyrostach naprężeń) izokliny nie zmieniają swojego położenia.

-kierunki naprężeń głównych w punkcie pokrywają się z osiami polaryzatora i analizatora: ich kąt obrotu określa km jaki tworzą kierunki główne względem przyjętego układu odniesienia, np wzdłuż osi podłużnej modelu, rys.5,

-położenie izoklin w badanym obszarze można określić kreśląc ich obraz dla obrotów co - powiedzmy - 15 stopni.

-przez punkt) izotropowe, gdzie oba naprężenia główne są takie same i rząd izochromy jest zerowy, przechodzą wszystkie izokliny.

-rysunek izoklin powinien odpowiadać najciemniejszej części prążka a linie powinny być poprawione i wygładzone.

-na podstawie rysunku izoklin (i ich definicji) można skonstruować trajektorie naprężeń głównych.

Izochrom -w trakcie obciążania izochromy pojawiają się najpierw w punktach o największych naprężeniach, najczęściej na brzegu ciała.

-przy rosnącym obciążeniu powstają izochromy wyższego rzędu a te wcześniej powstałe przesuwają się w kierunku obszarów mniejszych naprężeniach

-nie przecinają się ani nie łączą z innymi,

-nie zmieniają się przy obrocie polaryzatora sprzężonego z analizatorem.

-zachowują stale swoją pozycję w uszeregowanej sekwencji: izochroma rzędu //jest zawsze pomiędzy izochromą rzędu w«-1 i w+1

-izochroma rzędu zerowego jest zawsze czarna, w postaci izolowanej plamy. linii lub strefy otoczonej przylegającymi kolorowymi izochromami pierwszego rzędu (i jest miejscem, gdzie każdy z kierunków jest główny),

-procedura identyfikacji rzędu izochromy jest analogiczna do użycia mapy: najpierw odnajdujemy łatwo rozpoznawalny obiekt geograficzny, jak np. miasto czy szczyt, i używamy go jako punktu wyjścia do analizy innych (przyległych) obszarów, takim obiektem obrazu jest izochroma zerowego rzędu, rozpoznawana po czarnym kolorze, otoczona przez jasne przyległe kolory, pojawiająca się w na początku procesu obciążania, zwykle w narożach, i malejąca wraz ze wzrostem obciążenia.

-po kolorach występujących w jakimkolwiek kierunku można - na podstawie znajomości kolorów i ich sekwencji - określić czy rząd izochrom (różnica naprężeń głównych) rośnie czy maleje.

lokalnie ograniczony obszar ciasno zgrupowanych pętli oznacza występowanie koncentracji naprężeń

-pojedynczy, jednorodny kolor na dużej powierzchni wskazuje na stały poziom naprężenia.

-dla stanu jednoosiowego, czy li gd\ jedno z naprężeń głównych jest równe zero, wartość niezerowego naprężenia może być określona wprost z równania izochromy na podstawie jej rzędu; taka sytuacja ma miejsce dla rozciągania, ściskania, prostego zginania ale także - co wynika ze statycznych warunków brzegowych - w każdym punkcie nieobciąźonego brzegu.

-znak naprężenia na swobodnym brzegu może być łatwo określony poprzez delikatne naciśnięcie ostrym przedmiotem (np. końcówką długopisu) na brzeg: jeśli najbliższa izochroma wybrzusz.) się w kierunku izochrom wyższych rzędów, naprężenie na brzegu jest ściskające,

-ułamkowe (nie całkowite) rzędy izochrom określa się metodami kompensacji,

-jeszcze raz należy podkreślić, że w świetle spolaryzowanym kołowo, przy jednoczesnym obrocie polaryzatora sprzęgniętego z analizatorem, obraz izochrom nic zmienia się.