Cz En

Pracoviště

Laboratoř mechanických zkoušek

Ing. Radek Sedláček, Ph.D.

Vedoucí:

Pracovníci:

Ing. Jana Vondrová

Popis:

Laboratoř mechanických zkoušek (LMZ) je pracoviště na Českém vysokém učení technickém v Praze, Fakultě strojní a je součástí Ústavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky. Laboratoř byla vybudována v rámci grantového projektu MŠMT ČR „Laboratoř biomechaniky člověka“ VS 96045 a výzkumného záměru „Transdisciplinární výzkum v oblasti biomedicínského inženýrství“ CEZ: J98210000012.

Mezi stěžejní prvky vybavení laboratoře patří:Obr.1  Testovací systém MTS Mini Bionix

  • špičkový testovací systém MTS 858.2 Mini Bionix (obr. 1), který je schopen provozovat současně zatěžování osovou silou a momentem síly. U osové síly je rozsah systému 0 až 25 kN, u momentu síly 0 až 100 Nm. Nyní je zcela unikátně vybaven speciálním simulátorem (obr. 2a), který umožňuje zatěžování s 8 stupni volnosti (3 posuvy a 5 rotací). Tento simulátor je zcela ojedinělý v celé Evropě. Svojí konstrukcí je primárně určen k náročnému testování páteře. Úpravou konfigurace je však možno simulátor používat i k jiným experimentům.
  • vysoce citlivé siloměry od firmy MTS s měřicími rozsahy ±10/100/500/25000 N
  • extenzometr s pracovními rozsahy ± 0,4/4 mm (obr. 2b), speciální bioextenzometr s rozsahem ±25%, lo = 5 mm - pro měření délkové roztažnosti (obr. 2c); diametrální extenzometr s pracovním rozsahem ±1 mm pro vzorky o průměru 3,6 až 13 mm - pro měření příčné deformace
  • stereomikroskop NIKON SMZ 1500 (obr. 2d) umožňující kvalitní prozkoumání povrchů, lomových ploch i struktury testovaných vzorků; digitální fotoaparát NIKON, digitální kamera NIKON DN100, mikrosonda VOLPI (obr. 2e) a vyhodnocovací software LUCIA NET - pro záznam a zpracování obrazu pozorovatelného v mikroskopu
  • infračervený bezkontaktní teploměr FLUKE 574 s možností záznamu měřených hodnot

Obr. 2a páteřní simulátor Obr. 2b Extenzometr Obr. 2c Bioextenzometr Obr. 2d Stereomikroskop NIKON SMZ 1500 Obr. 2e Mikrosonda Volpi

Laboratoř mechanických zkoušek je zkušební laboratoř č. 1379 akreditovaná ČIA podle ČSN EN ISO/IEC 17025 (viz. Osvědčení o akreditaci). Pravidelný dozor nad dodržováním akreditačních kritérií prováděný akreditačním orgánem vede k neustálému rozvoji systému řízení kvality, zvyšování jakosti služeb a růstu dovedností personálu. Pozornost je také zaměřena na technický rozvoj vybavenosti laboratoře. LMZ je jedinou laboratoří v České republice, která má akreditovány zkušební postupy pro mechanické testování a hodnocení keramických materiálů používaných pro výrobu chirurgických implantátů (viz. Příloha k OA).

LMZ má 7 akreditovaných zkušebních postupů:

  • Stanovení odolnosti proti otěru – ring on disc
    ZP 01 - Zkouška je prováděna podle článku 5.5 normy ISO 6474(E):1994 Implants for surgery – Ceramic materials based on high purity alumina. Hodnoceny jsou kombinace speciálních vysoce stabilizovaných korundových keramických materiálů používaných pro chirurgické implantáty.
  • Stanovení pevnosti v ohybu 
    ZP 02
    -
    Zkouška je prováděna podle normy ČSN EN 843-1 Speciální technická keramika – Monolitická keramika – Mechanické vlastnosti při pokojové teplotě – Část 1: Stanovení pevnosti v ohybu. 
    ZP 03 - Zkouška je prováděna podle norem ČSN EN ISO 13356 Chirurgické implantáty – Keramické materiály na bázi yttria stabilizovaného tetragonálním zirkoniem (Y-TZP), čl. 4.6; ISO 6474-1 Implants for surgery – Ceramic materials based on high purity alumina, čl. 5.4.3; ISO 14704; ČSN EN ISO 6872, čl. 7.3.1; ASTM C1161 Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature.
  • Stanovení pevnosti při biaxiálním ohybu 
    ZP 04
    - Zkouška je prováděna podle norem ČSN EN ISO 13356 Chirurgické implantáty – Keramické materiály na bázi yttria stabilizovaného tetragonálním zirkoniem (Y-TZP), čl. 4.5; ISO 6474-1 Implants for surgery – Ceramic materials based on high purity alumina, čl. 5.4.2; ASTM C1499 Standard Test Method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature.
  • Únavová zkouška v ohybu
    ZP 05
    - Zkouška je prováděna podle norem ČSN EN ISO 13356 Chirurgické implantáty – Keramické materiály na bázi yttria stabilizovaného tetragonálním zirkoniem (Y-TZP), čl. 4.10; ISO 6474-1 Implants for surgery – Ceramic materials based on high purity alumina, čl. 5.9; ISO 22214 Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for cyclic bending fatigue of monolithic ceramics at room temperature
  • Únavová zkouška
    ZP 06
    - Zkouška je prováděna podle normy ČSN EN ISO 14801 Stomatologie - Implantáty - Dynamická únavová zkouška nitrokostních dentálních implantátů. 
  • Statická a únavová zkouška
    ZP 07
    - Zkouška je prováděna podle ČSN EN ISO 11334-1 Pomůcky pro chůzi ovládané jednou rukou – Požadavky a zkušební metody – Část 1: Předloketní berle.

Dle většiny výše uvedených zkušebních postupů byla v LMZ testována keramika speciálně navržená pro výrobu nového typu kolenní náhrady s biokeramickou femorální komponentou (obr. 3), jejíž vývoj probíhal v Laboratoři biomechaniky člověka (LBČ) ve spolupráci s firmou Walter, a.s., Saint-Gobain Advanced Ceramics Turnov, s.r.o. a 1. LF UK v Praze. Jako první na světě má tato biokeramická komponenta kolenního kloubu dokončeny klinické zkoušky. LBČ získala za tento návrh cenu Inovace roku 1999, kterou jí udělila Asociace inovačního podnikání ČR.

obr.3 Vývoj a aplikace nového typu biokeramické femorální komponenty kolenního kloubuobr.3 Vývoj a aplikace nového typu biokeramické femorální komponenty kolenního kloubuobr.3 Vývoj a aplikace nového typu biokeramické femorální komponenty kolenního kloubu

V rámci neakreditovaných zkoušek se v laboratoři provádí testování biomateriálů a implantátů, např. C-C kompozitní materiály, dentální materiály, UHMWPE (zkoušky otěru, obr. 4a), meziobratlové rozpěrky (obr. 4b), kyčelní a kolenní náhrady, mitrální náhrady (obr. 4c). Další skupinou zkoušek je testování biologických materiálů a stanovování jejich mechanických vlastností, např. tahové zkoušky oční rohovky nebo tepenné stěny, ohybové zkoušky osteoporotických krysích femurů (obr. 5a, b), mechanické testování páteřních segmentů (obr. 5c), tlakové zkoušky chrupavky atd. Samostatnou skupinou je provádění kalibrací nově vyvíjených přístrojů a přípravků, sloužících například k snímání silových účinků nebo hodnocení vlastností materiálů. Dále pak je prováděno testování klasických kovových materiálů při statickém i dynamickém zatěžování.

Obr.4a Zkouška otěru "Ring on disc"Obr.4b Meziobratlové rozpěrkyObr.4c Mitrální implantáty

Obr.5a Ohyb krčku krysího femuruObr.5b Ohyb krysího femuruObr.5c Zkoušky páteřních segmentů

LMZ se neustále modernizuje a rozšiřuje novým zařízením a měřidly, které zvyšují její uplatnění nejenom při spolupráci s ostatními institucemi ve výzkumné činnosti, ale i v komerční sféře. V budoucnu lze využít příležitosti akreditovat ještě další zkušební postupy, které by rozšířily nabízené služby LMZ na českém i evropském trhu.

Spolupráce:

1. LF UK + FN Na Bulovce; III. Interní klinika VFN; VÚS VFN, Medin, a.s.; Medin Orthopaedics, a.s.; Beznoska, s.r.o.; LASAK, s.r.o.; ProSpon, spol. s.r.o.; Erilens, s.r.o.;

Projekty v realizaci