I ricercatori della TU Wien hanno sviluppato un nuovo metodo adatto per le prove meccaniche di trazione di micro e nanofibre. La particolarità:i campioni possono essere accoppiati e disaccoppiati in modo reversibile dal sensore di forza.

Testare sperimentalmente la rigidità o la resistenza alla trazione delle fibre nella gamma da nano a micro richiede molto tempo. I campioni nella maggior parte dei casi devono essere fissati con adesivo su entrambe le estremità. L'indurimento dell'adesivo richiede tempo e il sensore a cui è incollata la fibra non può essere riutilizzato.

I ricercatori della TU Wien, Mathis Nalbach, Philipp Thurner e Georg Schitter, hanno sviluppato un sistema di test che supera questi ostacoli. Il principio di funzionamento è il seguente:una microsfera magnetica attaccata alla nanofibra può essere raccolta con una pinzetta magnetica. Ciò consente alla sfera di essere inserita nella forcella collegata a un sensore di forza e quindi accoppiata al sensore. Poiché la sfera magnetica può essere rimossa anche dalla forcella utilizzando le pinzette magnetiche, è possibile prelevare immediatamente un'altra nanofibra. Ciò aumenta significativamente il throughput del campione. I ricercatori hanno recentemente presentato il tester di trazione NanoTens sulla rivista Review of Scientific Instruments .

Adeguato alle condizioni reali

Mentre il microscopio a forza atomica può essere utilizzato per esaminare le proprietà meccaniche di una fibra mediante un test di nanopenetrazione, il NanoTens consente di testare i materiali per le fibre sotto il carico di trazione più rilevante. Philipp Thurner del dipartimento di ricerca Biomeccanica spiega il principio di funzionamento come segue:"Puoi immaginare il dispositivo come un carrello elevatore microscopico. La sfera magnetica, che è incollata alla fibra, viene inserita nella forca. Spostando la forca verso l'alto o verso il basso, la fibra ora può essere testata sotto carico di trazione. Questo tipo di carico è particolarmente rilevante per le fibre biologiche come le fibrille di collagene. Fisiologicamente, queste vengono caricate principalmente sotto tensione, e quindi le loro proprietà meccaniche sono particolarmente rilevanti proprio sotto questo carico."

I biomeccanici Nalbach e Thurner esaminano principalmente fibre naturali come il collagene. Poiché le loro proprietà meccaniche dipendono fortemente dalle condizioni esterne, è importante tenerne conto anche nelle prove di trazione. "Ci riusciamo perché le prove di trazione possono essere eseguite in diversi mezzi con il NanoTens. Una fibra di collagene secca, ad esempio, è molto più fragile e rigida di una umida o completamente idratata. Anche il suo diametro diminuisce notevolmente quando viene essiccata fuori", afferma Mathis Nalbach, primo autore dello studio.

Aumento di qualità e quantità

Con il loro metodo, i ricercatori non solo riescono a simulare condizioni fisiologiche, ma acquistano validità anche i risultati generati con NanoTens. Questo perché è necessario un gran numero di misurazioni per ottenere risultati significativi su materiali biologici come le fibrille di collagene. "I metodi convenzionali ci consentono di esaminare solo uno o due campioni alla settimana. Ciò rende praticamente impossibile condurre studi statisticamente significativi", descrive Nalbach. Philipp Thurner aggiunge:"Il nuovo metodo consente di collegare e scollegare rapidamente le fibre. Di conseguenza, e poiché il sensore viene riutilizzato, non solo possiamo aumentare il numero di prove di trazione fino a 50 misurazioni a settimana, ma anche il precisione della misura."

Le prove di trazione possono, a seconda della scelta, essere eseguite su un'ampia gamma di forze e manipolate tramite un sistema di controllo. Questo è importante perché i metodi di prova di trazione normalmente presuppongono che il materiale abbia proprietà elastiche lineari. Tuttavia, questo non è il caso dei tessuti biologici, come le fibrille di collagene:sono viscoelastici. Il test di trazione a forza controllata consente l'analisi di questa viscoelasticità.

Dall'invenzione al prodotto

NanoTens è già stato brevettato a livello internazionale dalla TU Wien. "Il prossimo passo sarebbe unire le forze con i partner industriali. Speriamo di trovare un licenziatario con l'aiuto della ricerca e del supporto al trasferimento. Siamo interessati a collaborare con l'industria su questo argomento", afferma Mathis Nalbach. NanoTens è progettato in modo tale da poter essere generalmente integrato in qualsiasi dispositivo di misurazione dell'indentazione o microscopio a forza atomica. Oltre alla scienza dei materiali, le prove di trazione vengono utilizzate, tra l'altro, anche nelle scienze della vita, nella tecnologia dei semiconduttori e nell'elettronica. + Esplora ulteriormente

Simulazioni numeriche di prove di trazione dei globuli rossi