Los investigadores de TU Wien han desarrollado un método novedoso que es adecuado para la prueba de tracción mecánica de micro y nanofibras. La característica especial:las muestras se pueden acoplar y desacoplar de forma reversible del sensor de fuerza.

Probar experimentalmente la rigidez o la resistencia a la tracción de las fibras en el rango nano a micro lleva mucho tiempo. En la mayoría de los casos, las muestras deben fijarse con adhesivo en ambos extremos. El curado del adhesivo lleva tiempo y el sensor al que se pega la fibra no se puede reutilizar.

Los investigadores de TU Wien, Mathis Nalbach, Philipp Thurner y Georg Schitter, han desarrollado un sistema de prueba que supera estos obstáculos. El principio funcional es el siguiente:una microesfera magnética unida a la nanofibra se puede recoger con pinzas magnéticas. Esto permite que la esfera se inserte en la horquilla unida a un sensor de fuerza y, por lo tanto, se acople al sensor. Dado que la esfera magnética también se puede quitar del tenedor con las pinzas magnéticas, se puede recoger otra nanofibra inmediatamente. Esto aumenta significativamente el rendimiento de la muestra. Los investigadores presentaron recientemente el probador de tracción NanoTens en la revista Review of Scientific Instruments .

Adaptado a las condiciones reales

Mientras que el microscopio de fuerza atómica se puede utilizar para examinar las propiedades mecánicas de una fibra por medio de una prueba de nanopenetración, NanoTens permite probar materiales para fibras bajo la carga de tracción más relevante. Philipp Thurner, del departamento de investigación de Biomecánica, explica el principio de funcionamiento de la siguiente manera:"Puede imaginar el dispositivo como una carretilla elevadora microscópica. La bola magnética, que está pegada a la fibra, se inserta en la horquilla. Al mover la horquilla hacia arriba o hacia abajo, la fibra ahora se puede probar bajo carga de tracción. Este tipo de carga es particularmente relevante para fibras biológicas como las fibrillas de colágeno. Fisiológicamente, estas se cargan principalmente bajo tensión y, por lo tanto, sus propiedades mecánicas son particularmente relevantes precisamente bajo esta carga".

Los biomecánicos Nalbach y Thurner examinan principalmente fibras naturales como el colágeno. Dado que sus propiedades mecánicas dependen en gran medida de las condiciones externas, es importante tenerlas en cuenta también en los ensayos de tracción. "Conseguimos esto porque las pruebas de tracción se pueden realizar en diferentes medios con NanoTens. Una fibra de colágeno seca, por ejemplo, es mucho más quebradiza y rígida que una húmeda o completamente hidratada. Su diámetro también disminuye significativamente cuando se seca. fuera", dice Mathis Nalbach, primer autor del estudio.

Aumento de calidad y cantidad

Con su método, los investigadores no solo logran simular condiciones fisiológicas, sino que los resultados generados con NanoTens también ganan validez. Esto se debe a que se necesita una gran cantidad de mediciones para obtener resultados significativos en materiales biológicos como las fibrillas de colágeno. "Los métodos convencionales nos permiten examinar solo una o dos muestras por semana. Esto hace que sea prácticamente imposible realizar estudios estadísticamente significativos", describe Nalbach. Philipp Thurner agrega:"El nuevo método permite que las fibras se conecten y desconecten rápidamente. Como resultado, y debido a que el sensor se reutiliza, no solo podemos aumentar la cantidad de pruebas de tracción hasta 50 mediciones por semana, sino también el precisión de la medida."

Las pruebas de tracción pueden, dependiendo de la elección, llevarse a cabo en un amplio rango de fuerza y ​​manipularse a través de un sistema de control. Esto es importante porque los métodos de prueba de tracción normalmente asumen que el material tiene propiedades elásticas lineales. Sin embargo, este no es el caso de los tejidos biológicos, como las fibrillas de colágeno:son viscoelásticos. Las pruebas de tracción controladas por fuerza permiten la investigación de esta viscoelasticidad.

De la invención al producto

NanoTens ya ha sido patentado internacionalmente por TU Wien. "El próximo paso sería unir fuerzas con socios industriales. Esperamos encontrar un licenciatario con la ayuda del apoyo de investigación y transferencia. Estamos interesados ​​en cooperar con la industria en este tema", dice Mathis Nalbach. NanoTens está diseñado de tal manera que generalmente se puede integrar en cualquier dispositivo de medición de indentación o microscopio de fuerza atómica. Además de la ciencia de los materiales, las pruebas de tracción también se utilizan, entre otras, en las ciencias de la vida, la tecnología de semiconductores y la electrónica. + Explora más

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