나노인덴테이션을 사용하여 무게를 지탱하는 의료용 임플란트의 코팅 경도 측정
때로는 부상이나 질병으로 인해 무릎이나 엉덩이와 같은 하중지지 관절을 인공 관절로 교체해야합니다. 그러한 수술은 극도로 고통 스러울뿐만 아니라 비싸고 위험합니다. 따라서 이러한 기기의 수명이 가장 중요합니다. 임플란트는 내구성이 있어야하며 잔해를 최소화해야합니다. 경질 크롬 또는 세라믹과 같은 거친 코팅을 사용하여 긴 수명을 확보합니다.
무릎 또는 고관절 교체는 통증을 완화하고 관절의 기능을 회복하기 위해 무게를 지탱하는 표면을 새롭게 하기 위한 주요 수술 절차입니다.
그림 1 : 인공 무릎 이식
의도한 목적을 달성하기 위해서는 교체 부품이 매우 까다로운 내마모성 요건을 충족해야 합니다. 일반적으로 재료의 마모에 견딜 수 있는 능력과 경도 사이에는 상관 관계가 있습니다. 재료의 Vickers 경도(HV)는 이러한 특성을 잘 나타내는 지표입니다. 그러나 기존 Vickers 테스터는 일반적으로 코팅과 기재 모두의 복합 경도를 생성합니다. 이러한 장치에서 사용되는 테스트 하중이 너무 높기 때문입니다. 또한 움푹 들어간 부분의 대각선을 주의 깊게 측정해야 하므로 측정 시스템의 영향으로 인해 결과의 정확도가 더욱 저하될 수 있습니다.(현미경으로 볼 수 있습니다)
나노인덴테이션은 기재로부터의 모든 영향을 피하여 코팅의 HV를 측정하기 위해 매우 낮은 하중을 사용합니다. FISCHERSCOPE® HM2000은 압입 깊이를 실시간으로 모니터링하고 HV를 자동으로 계산하여 사용자 오류를 제거하므로이 작업에 이상적인 기기입니다. 또한, 언로딩 곡선의 기울기를 사용하여 틴성계수를 계산할 수도 있습니다.
아래 연구에서는 FISCHERSCOPE® HM2000을 사용하여 7μm 두께의 경질 크롬 코팅이 적용된 임플란트의 경도를 측정합니다. 50mN의 최대 하중을 적용하면 그림 2와 같이 권장되는 코팅 두께의 10 % 이내의 압입 깊이가 생성됩니다.
그림 2 : 무릎 임플란트 코팅 측정 - 하중-깊이 곡선
HM2000의 통합 현미경과 XYZ 자동 스테이지를 사용하면 최소한의 샘플 준비로 인공 무릎 임플란트와 같은 복잡한 형상과 같은 샘플을 직접 측정 할 수 있습니다. 이 실험에서 측정 된 크롬 코팅의 평균 경도는 1084.8 HV 였고, 평균 탄성 계수는 279.7 GPa였습니다.
어떤 환자 나 의사도 주요 관절 교체가 수명이 채 지나기 전에 마모되기를 원하지 않습니다. 인공으로 이식 된 의료 기기가 오래 지속 되려면 제대로 코팅해야합니다. 나노인덴테이션은이 코팅의 품질을 확인하기위한 선택 방법입니다. FISCHERSCOPE® HM2000의 특징과 기능을 통해 인공 관절을 직접적으로 정확하게 측정을 수행 할 수 있습니다.
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