La cuantificación de la inyección mediante pruebas mecánicas

Mediante la medición de la fuerza, podemos determinar si un material es inyectable y cómo cambiar el tamaño de la aguja y la jeringa, o el procesamiento de la formulación y la química pueden afectar a la inyectable. Esta técnica es rápida y sencilla. Se puede utilizar con una variedad de geometrías de agujas y jeringas, y requiere poco procesamiento de datos para obtener los valores de fuerza clave.

Este método es particularmente aplicable a los biomateriales inyectables, como hidrogeles y cementos, la administración sostenida de fármacos y las aplicaciones de ingeniería de tejidos. Para configurar el probador mecánico, conecte los plátanos de prueba de compresión plana al probador mecánico y equipe manualmente el probador con la célula de carga con la carga máxima de 200 Newtons. Utilice los botones de control manual para separar los plátanos para permitir aproximadamente 30 centímetros de espacio para la aguja, la jeringa y el émbolo.

Para crear un protocolo de prueba, abra el asistente de prueba en el software del dispositivo y establezca el tipo de prueba en compresión uniaxial. Establezca el valor de precarga de fuerza medida en el que comenzará la prueba y ajuste la velocidad de precarga a cinco milímetros por minuto, para establecer la velocidad a la que la cruz se moverá hacia abajo hasta que se encuentre con la precarga. Establezca la carga en el control de desplazamiento y seleccione una velocidad de prueba adecuada.

A continuación, establezca un límite de fuerza superior para detener la prueba. Para configurar el sistema de sujeción, conecte dos conjuntos de abrazaderas con empuñaduras lo suficientemente grandes como para enconzar de forma segura la jeringa seleccionada en dos soportes. Coloque las empuñaduras entre la cruz y la placa base con suficiente espacio por debajo de las empuñaduras para la jeringa y la aguja y alinee los centros de las empuñaduras con el centro de la cruz.

Utilice una jeringa vacía para ayudar con la alineación. A continuación, compruebe que las abrazaderas están firmemente aseguradas para que no haya movimiento en las abrazaderas cuando se aplique una fuerza descendente y coloque un plato en la placa inferior para recoger el material extruido. Para realizar un experimento de inyección, inserte la jeringa en las empuñaduras de la abrazadera y cierre las empuñaduras para que la jeringa se mantiene en su lugar, pero puede moverse hacia arriba y hacia abajo sin resistencia con la jeringa y el émbolo perpendiculares a la cruz.

Utilice los botones para bajar la placa superior justo encima del émbolo y haga clic en fuerza cero para poner a cero la fuerza medida. A continuación, haga clic en Ejecutar para ejecutar el protocolo de prueba. Al final de la prueba, suba las placas a una altura suficiente, de modo que se pueda extraer la jeringa y repita la prueba con la siguiente muestra.

Después de cada prueba, guarde los datos en un formato de modo que se pueda generar una tabla de valores de fuerza y desplazamiento y trazar los resultados de cada ensayo con el desplazamiento en el eje X y la fuerza en el eje Y. Una vez trazados todos los ensayos, determine las fuerzas máximas y de meseta de cada gráfico. Una curva de desplazamiento de fuerza típica consta de tres secciones.

Un gradiente inicial, ya que el émbolo supera la fricción del barril y el material ha acelerado un máximo de fuerza. Y la meseta como el material se extruye en un estado estacionario. Para muestras viscosas que pasan a través de un orificio más estrecho, la fuerza necesaria para inyectar la muestra a velocidad constante es mayor que la fuerza necesaria para superar la fricción en el barril y acelerar el material.

Por lo tanto, no se observa ningún pico distinto. Para muestras altamente viscosas o agujas muy estrechas, la fuerza necesaria para extruir el material puede ser tan grande que la jeringa se abrocha y falla. A menudo con muy poca extrusión del material.

Si el material que se está inyectando contiene partículas o está empezando a ajustarse, puede producirse un ajuste de presión de filtro o a granel que conduzca a una inyección incompleta. Es esencial asegurarse de que los grumos estén firmemente asegurados para que la jeringa se ajuste perfectamente, esté centrada y sea perpendicular a la cruz. Se puede utilizar una correlación para relacionar la fuerza medida de la facilidad de inyección.

Alternativamente, la Reología se puede utilizar para entender cómo el proceso de inyección afecta al material.