Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Transkript

1 Prohloubení odborné spolupráce a propojení ústavů lékařské biofyziky na lékařských fakultách v České republice CZ.1.07/2.4.00/ Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad 20. března 2012 Ústav lékařské biofyziky Lékařské fakulty UK v Hradci Králové

2 Josef Hanuš UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Lékařská fakulta v Hradci Králové Ústav lékařské biofyziky Mechanické vlastnosti materiálů teorie Pružnost a pevnost Tepelné vlastnosti

3 Biokompatibilita materiálů není toxický pro organismus je odolný (rezistentní) proti působení organismu Vlastnosti materiálů náhrad v lidském těle Obecné biokompatibilita pecifické dle použití (co nahrazují)

4 Fyzikální vlastnosti materiálů Mechanické pružnost a pevnost deformace v tahu (tlaku) - normálové napětí ve smyku tečné napětí Tepelné tepelná vodivost tepelná roztažnost

5 Pružnost a pevnost deformace v tahu a tlaku Hookeův zákon: (zjednodušení, malé deformace) - deformace v tahu F l l l l k F Robert Hooke

6 l l k F ===> l l k F F k 1 E l l E E [Pa] - napětí (mechanické, normálové) k [Pa -1 ] - součinitel roztažnosti E [Pa] - Youngův modul pružnosti v tahu Thomas Young lékař [1] - poměrné prodloužení

7 Hookeův zákon: - poměrné příčné zkrácení a a a a E - Poissonovo číslo nebo m = 1/ - Poissonova konstanta iméon Poisson

8 Hookeův zákon: -poměrná změna objemu (jednosměrné napětí) V a aa al l aal V a a l V l a V l a V V 12 E

9 Působení napětím (tlakem) ze všech směrů: V V 12 E x y z Je-li tlak stejný, tj. x = y z = p V V 12 3 E p K E g [Pa -1 ]- stlačitelnost K [Pa] - modul objemové pružnosti

10 Tahový diagram [Pa] (stress) Pracovní d. (skutečný průřez) P K E U U - mez úměrnosti E - mez pružnosti mluvní d. (počáteční průřez) K - mez průtažnosti (kluzu) P - mez pevnosti strain) E E. L = 100,005 % L o

11 Elastická hystereze (dopružování) TAH TLAK 0A - panenská křivka Zbytková deformace

12 < U < E - platí Hookeův zákon - vratná (elastická) deformace P < > E - trvalá (plastická) deformace ~ K > P - téměř nulová směrnice tečny - porušení materiálu l ' l l [ 100 % tažnost 100 [% houževnatost

13 Tažnost

14 Houževnatost P 100 % [

15 (modul torze) Deformace ve smyku F F g y z F g poměrné posunutí (zkos) [Pa] - tečné napětí g pro malé úhly théta Hookeův zákon pro smyk: G g G [Pa] - modul pružnosti ve smyku

16 hrnutí: Deformace pevných látek (působení vnější silou) - v tahu (tlaku) - normálové napětí Ohyb, torze - ve smyku - tečné napětí Materiálové konstanty charakterizující odolnost materiálu proti deformaci: E - modul pružnosti v tahu G - modul pružnosti ve smyku m () - Poissonova konstanta (číslo) G G m E 2 m 1 E 2 1 Měrná deformační energie: E P V 2 2E

17 Mechanické vlastnosti zubu materiál sklovina dentin minerali dentin demin. femur E [GPa] 84 14,7 0,26 17,2 0,33 0,31 G [GPa] 31,6 5,6 mez pevnosti v tahu [MPa] 10,3 105,5 29,6 121 mez pevnosti v tlaku [MPa] mez pevnosti ve smyku [MPa] 90,2 138 mez pružnosti [MPa] 353 * 167 * * - testováno v tlaku

18 Mechanické vlastnosti stomatologických materiálů materiál amalgam keramika akryl. pryskyřice kompozita E [GPa] ,3 17,2 0,35 0,19 0,35 0,24 G [GPa] mez pevnosti v tahu [MPa] ,4 40 mez pevnosti v tlaku [MPa] ,4 280 mez pevnosti ve smyku [MPa] mez pružnosti [MPa] ,6

19 Teplotní roztažnost pevných látek Délková roztažnost: l l t 0 1 [K 1 teplotní součinitel délkové roztažnosti Objemová roztažnost: V V t 0 1 [K 1 teplotní součinitel objemové roztažnosti 3

20 Q Tepelná vodivost pevných látek t t 2 1 d t 2 t 1 d [J/m.K.s] - součinitel tepelné vodivosti t 2, t 1 [K ] teplota, Q [J ] - teplo t 1 t 2 Q [s ] čas, d [m ] tloušťka, [m 2 ] plocha

21 teplotní součinitel délkové roztažnosti některých materiálů materiál amalgam keramika akryl. pryskyřice kompozita korunka kořen [K 1 * součinitel tepelné vodivosti některých materiálů materiál amalgam keramika akryl. pryskyřice kompozita sklovina dentin [W/m.K]

22 Testování materiálů Biokompatibilita Toxicita buněčné kultury Rezistence - elektrochemické degradabilní testy Fyzikální vlastnosti zátěžové testy (strain-stress curve) únavové testy (fatique) ČN EN IO Dentální kovové materiály - Metody korozních zkoušek ČN EN IO 7405 tomatologie - Hodnocení biologické snášenlivosti zdravotnických prostředků používaných ve stomatologii

23 Děkuji za pozornost Zdroje na Internetu