Conception d’un système d’alerte précoce en cas d’échec implantaire

Imaginez que votre implant de hanche connaît les premiers signes d’échec. Avant même que vous ne remarquiez quoi que ce soit d’inhabituel, l’implant à détection automatique « télégraphie » son statut, vous permettant d’alerter votre médecin et de prendre des mesures préventives avant que cela ne devienne une urgence. Les prothèses « intelligentes » et les implants médicaux font partie des applications potentielles de la recherche à l’Université de Glasgow sur les structures en nid d’abeilles à base de PEEK conçues pour transporter une charge électrique.

Le PEEK est un matériau non conducteur, mais en ajoutant des fibres de carbone à micro-échelle aux structures cellulaires en PEEK, l’équipe d’ingénieurs dirigée par l’Université de Glasgow a doté le matériau de la capacité de transporter une charge électrique. Ils ont mené des expériences pour déterminer si l’endommagement du composite désormais électroconducteur affecterait sa résistance et conférerait au matériau une capacité d’auto-détection qui, par exemple, pourrait permettre à un implant de hanche de signaler qu’il est usé et doit être remplacé.

La recherche est décrite dans un papier Publié dans Matériaux et conception.

Pour tester la capacité d’auto-détection, les chercheurs ont utilisé l’impression 3D pour créer trois configurations différentes en nid d’abeille : une structure hexagonale, une structure chirale en forme de croix et une conception réentrante à six côtés utilisant à la fois le matériau PEEK en fibre de carbone et le matériau conventionnel. COUP D’OEIL.

Les structures cellulaires ont été soumises à deux types de chargements pour comparer leurs capacités respectives à absorber l’énergie, comme le montre la vidéo.

Dans les tests d’écrasement, où une pression constante est appliquée jusqu’à ce que la structure s’effondre, chaque conception du PEEK en fibre de carbone a été surpassée par ses homologues conventionnels en PEEK, qui étaient capables de résister à des pressions plus élevées, rapporte l’Université de Glasgow sur sa page d’actualités.

Dans les tests d’impact, cependant, les trois structures PEEK en fibre de carbone ont démontré une plus grande résistance aux dommages. La configuration hexagonale en nid d’abeille du PEEK en fibre de carbone a eu la meilleure réponse.

Dans les tests d’écrasement, les chercheurs ont également mesuré la résistance de la structure cellulaire PEEK en fibre de carbone à une charge électrique. Le changement de résistance à la contrainte appliquée – la sensibilité piézorésistive – diminuait à mesure que la contrainte de compression augmentait, entraînant une perte presque complète de résistance électrique lorsque les structures étaient complètement écrasées. Les différents facteurs de jauge observés pour les différentes configurations sont associés à leur taux de croissance des dommages en fonction de leur capacité à absorber l’énergie, suggérant que la piézorésitivité du PEEK en fibre de carbone pourrait contribuer à la création d’une nouvelle génération de structures multifonctionnelles intelligentes et légères. , ont déclaré les chercheurs.

« Les propriétés uniques du PEEK l’ont rendu inestimable pour de nombreux secteurs industriels, et nous espérons que les structures cellulaires en PEEK conçues en fibre de carbone que nous avons pu construire via l’impression 3D ouvriront de nouvelles possibilités », a commenté l’auteur correspondant de l’article. , Dr Shanmugam Kumar de la James Watt School of Engineering de l’Université de Glasgow. L’Université Khalifa aux Émirats arabes unis et l’Université de Cambridge au Royaume-Uni ont également contribué à la recherche.

« L’impression 3D nous donne un contrôle remarquable sur la conception et la densité de la structure cellulaire », a déclaré Kumar. À son tour, cela permettrait aux concepteurs de dispositifs médicaux de construire des matériaux qui ressemblent plus à la physiologie de l’os natif que les alliages métalliques solides traditionnels, rendant potentiellement les implants plus confortables et efficaces, a-t-il ajouté.

« Nous espérons que ces formes cellulaires de PEEK léger et auto-détectant micro-ingénierie que nous avons développées trouveront de nouvelles applications dans un large éventail de domaines, non seulement dans les prothèses et autres dispositifs médicaux, mais aussi dans la conception automobile, l’ingénierie aérospatiale, et le secteur pétrolier et gazier », a déclaré Kumar.