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Oberflächen-Charakterisierung

Das Erforschen von Oberflächenmodifikationen um Hochleistungsmaterialien zu entwickeln ist heute eines der Hauptziele in der Oberflächencharakterisierung. Ähnlich wie in der Qualitätskontrolle von Herstellern bedarf es hier einer genauen Analyse einer Reihe von Parametern, die mechanische, chemische und tribologische Oberflächeneigenschaften beinhalten: Rauheit, Härte, Steifigkeit oder Elastizität, Widerstand, Zetapotenzial/Oberflächenladung, Struktur und viele mehr. Anton Paar bietet verschiedene Lösungen für die Oberflächencharakterisierung, die sowohl für Forscher als auch für Hersteller geeignet sind.

Oberflächencharakterisierung von Biomaterialien

Beim Messen der Oberflächeneigenschaften von Biomaterialien stoßen Forscher, aber auch Hersteller, auf besondere Herausforderungen. Ein Hauptziel ist es, vorherzusagen, wie ein Material reagieren wird, wenn es in den menschlichen Körper implantiert wird und wie es mit biologischen Geweben, Flüssigkeiten, usw. interagieren wird. Klinische Versuche zur Immunabwehr sind teuer, daher ist es wesentlich, alle Messungen zum Verhalten des Materials vorab durchzuführen. Andere Forschungsbereiche widmen sich der Entwicklung neuer, besserer Materialien, um die medizinische Behandlung für eine Vielzahl von Krankheiten voranzutreiben oder um bessere medizinische Produkte anzubieten.

Typische Studien von Biomaterialien beinhalten die Analyse der Oberflächenrauheit, die Messung der Härte und strukturellen Eigenschaften, aber auch die Charakterisierung der Oberflächenladung und Wechselwirkung mit der Umgebung sowie hydrophober/hydrophiler Eigenschaften und vieles mehr. Anton Paar entwickelt spezialisierte Lösungen für die Oberflächenanalyse von Biomaterialien wie Prothesen, Implantaten, Geweben, Biopolymeren und Biofilmen, Zähnen, zahlreichen augenmedizinischen Anwendungen und im medizinischen Bereich für Stents, Pillen und Membranen.

Durch die Ermittlung der richtigen Analysedaten wird es möglich, Materialien und ihr Verhalten auf einer molekularen Ebene zu verstehen. Die richtigen und genauen Daten zu kennen, hat einen enormen Einfluss darauf, die Materialien richtig zu verstehen und zu erkennen, wie selbst kleinste Änderungen die Leistung des Materials beeinflussen können. Erfahren Sie mehr über die Analyse einer Vielzahl von wichtigen biomedizinischen Proben.

Biomedizinische Untersuchungen: Applikationen

Biokompatible Materialien kommen in vielen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz: Angefangen bei Kontaktlinsen und Kontaktlinsenflüssigkeit über künstliche Gewebe, Knochen und Knorpel bis hin zu Implantaten, Prothesen und medizinischen Hilfsmitteln wie Stents. Jedes dieser Materialien hat eigene Eigenschaften und Herausforderungen, die sich bei der Messung zeigen.

Klicken Sie auf eine Applikation, um mehr zu erfahren oder laden Sie den für Sie relevanten Applikationsbericht herunter.

Prothesen, Implantate, Gewebe und Biopolymere
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Zähne und Biofilme
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Medizinische Geräte
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Augenmedizinische Anwendungen
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Tribologie von Urinkathetern und künstlicher Haut

An medizinische Geräte werden hohe Anforderungen in Sachen Performance und Produktsicherheit sowie von Seiten der FDA- und MDR-Richtlinien gestellt. Hier stellen wir eine Methodik vor, mit der Systemprüfungen nach dem tribologischen Modell an Urinkathetern und künstlicher Haut durchgeführt werden können. Für die Katheterprüfung wird ein MCR-Tribometer mit Probenhaltern, die eine Befestigung von medizinischen Produktkomponenten sowie weichen Geweben ermöglicht, eingesetzt. Die Temperatur-, Kraft- und Geschwindigkeitsprüfung des MCR-Tribometers ermöglicht die Definition von Prüfparametern zur Simulation realer Bedingungen.

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Entwicklung besserer Zahnimplantate

Bei der Untersuchung biokompatibler Beschichtungen für Implantatmaterialien ist das Zusammenspiel zwischen Implantat und seiner biologischen Umgebung ein entscheidender Parameter.

Sie können das elektrokinetische Messgerät SurPASS 3 verwenden, um die Wechselwirkung von Proteinen in Lösungen mit Implantatmaterial zu untersuchen. Tiefgehendes Wissen in diesem Bereich ermöglicht es Ihnen, Zahnimplantate zu entwickeln, die gegen bakterielle Biofilmbildungen resistent sind und somit das Risiko einer Infektion oder eines Implantatversagens zu verringern.

Laden Sie die SurPASS 3 Broschüre zum Thema Biomaterialien herunter, um zu erfahren, wie eine Zetapotenzial-Analyse die Bestimmung von Adsorptionskinetik mit der Charakterisierung der adsorbierten Schicht verbindet.

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Mechanische Eigenschaften von Zahnschmelz

Die Analyse mechanischer Eigenschaften auf und unter dem behandelten Zahnschmelz ist wesentlich für Zahnbehandlungen, z. B. für die Kariesvorbeugung oder für minimalinvasive Behandlungen von frühen Kariesläsionen.

Nanoindentation ist eine der am besten an die Proben angepassten Methoden und liefert einen klaren Einblick in den Härtegradienten von Zahnschmelz (Zahnhärte). Die gemessenen Analysedaten bieten eine wichtige Grundlage für die Auswahl neuer Materialien für Zahnreparaturen.

Laden Sie die Applikationsberichte herunter und sehen Sie, wie der NHT³ Nanoindentation Tester in einer entsprechenden Studie eingesetzt wurde.

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Eine klare Testmethode für die Qualitätskontrolle von Stentbeschichtungen

Stents sind eine medizinische Massenanwendung. Sie unterliegen einer strengen Regulierung durch staatliche Behörden, wie der FDA, und müssen strenge Qualitätskontrollen bestehen, bevor sie für Patienten eingesetzt werden können.

Scratch Tests sind eine der wenigen Methoden, die die Schichthaftfestigkeit verifizieren können und somit eine genügend lange Lebensdauer des Implantats gewährleisten können. Um sicherzugehen, dass Stents sich so verhalten, wie vorgesehen – z. B. gewisse chemische Produkte freisetzen – und nicht im Körper beschädigt werden, werden Haftfestigkeit und Ritzbeständigkeit der Beschichtung mit einem NST³ Nano Scratch Tester gemessen.

Laden Sie den Applikationsbericht herunter und sehen Sie, wie Stents am Scratch Tester befestigt werden und wie die kritische Last der Beschichtung bestimmt wird.

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Biokompatibilität von Hämodialysemembranen

Wenn Sie eine bestimmte Oberflächenmodifikation zur Verbesserung der Biokompatibilität auf der inneren Oberfläche von Hämodialysemembranen nachweisen wollen, sind Zetapotenzial-Messungen die richtige Analysemethode für Sie.

Das Zetapotenzial reagiert sensibel auf die kleinsten Änderungen der Oberflächenchemie. Zetapotenzial-Messungen helfen somit bei der Verbesserung der Biokompatibilität von Hämodialysemembranen. Spezielle Probenhalter für Hohlfasermembranen ermöglichen die direkte Charakterisierung der inneren Oberfläche von Membranen.

Sie können Zetapotenzial-Messungen mit dem elektrokinetischen Analysegerät SurPASS 3 einfach durchführen.

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Mehr zum Thema Zetapotenzial erfahren Sie in diesem Wiki-Artikel:Zetapotenzial

Verbesserung des Tragekomforts von Kontaktlinsen

Weiche Kontaktlinsen werden von vielen Menschen verwendet; ihr Tragekomfort ist dabei von wesentlicher Bedeutung für alle, die sie täglich tragen.

Reibung und Elastizität sind beim Bestimmen des Tragekomforts entscheidend. Mit hervorragender Auflösung und forschungsorientierten, speziellen Funktionen, wie kontrollierten Kraft- und Tiefenmessungen, gewinnen Sie ein tiefes Verständnis von Kontaktlinsen. Sie können die Ergebnisse nutzen, um deren Reibungseigenschaften zu verbessern und Ihre Kundinnen und Kunden noch besser zu bedienen.

Laden Sie die Applikationsberichte herunter und sehen Sie, wie das NTR³ Nanotribometer und ein UNHT³ Bio Bioindenter (mit einem speziellen Probenhalter für Kontaktlinsen) für diese Untersuchungen eingesetzt werden.

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Alterungsverhalten von Kontaktlinsen

Kontaktlinsen sind oft für die Verwendung über einen bestimmten Zeitraum vorgesehen (z.B. 1 Monat, 1 Jahr). Am letzten Tag der Verwendung sollten sie dabei genauso gut sein, wie am ersten. Daher ist ihr Alterungsverhalten von größtem Interesse.

Das Altern von Materialien ist normalerweise schwierig einschätzbar, aber Wissen über die Elastizität eines Materials bietet einen wissenschaftlichen Einblick in den Alterungsprozess. Der UNHT³ Bio Bioindenter misst die Elastizität von Kontaktlinsen; diese Daten können verwendet werden, um Änderungen der mechanischen Eigenschaften, die durch Alterung aufgetreten sind, zu verifizieren.

Laden Sie den Applikationsbericht herunter, um zu sehen wie der Bioindenter zur Charakterisierung von mechanischem Verhalten von Kontaktlinsen und Biomaterialien eingesetzt werden kann.

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Hydrogel-Untersuchungen unter realitätsnahen Bedingungen.

Untersuchungen an Hydrogelen werden aufgrund der Schwierigkeit, sie in oder auf einem Probenhalter anzubringen, als kompliziert angesehen. Kleine Änderungen des Drucks, dem sie ausgesetzt sind, können ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf ihre tribologischen Eigenschaften haben.

Genaue Testergebnisse, die nicht durch externe Faktoren beeinflusst sind, werden mit einem MCR Tribometer mit einem speziellen Probenhalter für Hydrogele erzielt. Das MCR Tribometer erlaubt es, die Realbedingungen im Hinblick auf Flächenpressung, Gleitgeschwindigkeit und Temperatur optimal abzubilden. Es ist bei Reibungsmessungen über ein breites Spektrum an Gleitgeschwindigkeiten – von wenigen nm/s bis zu über 1 m/s – hochempfindlich.

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Simulation von Bedingungen, wie sie im menschlichen Körper vorherrschen, zum Testen von Kontaktlinsenflüssigkeiten

Augenmedizinische Lösungen müssen eine niedrige Reibung generieren. Es ist anspruchsvoll, Bedingungen, wie sie im menschlichen Körper vorherrschen, auf einem Messgerät abzubilden. Das MCR Tribometer bietet die Möglichkeit, diese Bedingungen optimal zu simulieren. Sowohl aus ökonomischer Sicht als auch hinsichtlich des Tragekomforts ist es wichtig, diese Produkte zu untersuchen.

Ein MCR Tribometer misst den Reibungskoeffizienten bei verschiedenen Gleitgeschwindigkeiten und Normalkräften. Die Möglichkeit, bei extrem niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten, erlaubt die Charakterisierung der statischen und kinetischen Reibung. Um die Leistungsfähigkeit eines Fluids als Teil eines Tribosystems zu bewerten, ist in den meisten Fällen eine genaue Bestimmung der Grenzreibung wesentlich.

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Untersuchungen von (menschlichem) Gewebe zur Erforschung der Krankheitsentwicklung und -behandlung

Eigenschaften von menschlichem und künstlichem Gewebe spielen eine wesentliche Rolle in der weltweiten Forschung mit dem Ziel, verschiedenste Krankheiten zu verstehen und zu behandeln.

Viele menschliche Gewebe sind einer mechanischen Last ausgesetzt. Die mechanische Charakterisierung dieser Lastbedingungen liefert die Grundlage dafür, wertvolle Informationen zu Krankheitsentwicklung und -Behandlung sowie für die Entwicklung künstlicher Ersatzmaterialien wie Implantate oder Scaffolds zu gewinnen. Anton Paar reagierte auf den Mangel an empfindlichen Geräten in diesem Bereich mit dem UNHT³ Bio Bioindenter.

Laden Sie den Applikationsbericht herunter, um zu sehen, wie er für Tests an Geweben und potenziellen Ersatzmaterialien verwendet wird.

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Testmethode für die Entwicklung von Osteoporose-Medikamenten

Unter Osteoporose versteht man die meist altersabhängige abnehmende Knochenhärte (zunehmende Knochenschwäche).

Aktive Substanzen in Medikamenten haben einen direkten Einfluss auf die Eigenschaften des Knochens. Daher sind Knochenhärte, Elastizitätsmodul und Kriechverhalten von Knochen die wesentlichen Parameter in der Entwicklung neuer Medikamente. Hochauflösende Analysen dieser Parameter sind eine essenzielle Unterstützung von Forschungsergebnissen, vor allem wenn Patente eingereicht oder neue aktive Substanzen für Untersuchungsprozesse oder Markteinführungen beworben werden.

Alle Parameter können mit dem UNHT³ Bio Bioindenter gemessen werden: Elastizitätsmodul und Kriechverhalten von Knochen.

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Zusätzlicher Vorteil für Forscher: Anton Paar arbeitet eng mit einigen Universitäten zusammen, um leistbare künstliche Knochenmaterialien für Forschungszwecke zu entwickeln. Diese Kooperationen liefern Zugang zu Know-how und speziellen Entwicklungen, wie Probenhaltern für komplexe Proben, und helfen uns dabei, individuelle Lösungen für Sie zu entwickeln. Kontaktieren Sie eine Anton Paar Vertretung, um mehr zu erfahren.

Medizinisch und ökonomisch wertvolles Knorpelersatzmaterial finden

Die Suche nach einem Ersatz für Knorpelmaterial ist noch nicht abgeschlossen. Faktoren wie die Probenvorbereitung und das Befestigen der Probe gestalten die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Knorpel besonders herausfordernd. Außerdem ist beim Umgang mit biologischen Flüssigkeiten das vorhandene Probenvolumen begrenzt. Daher gilt es, einen passenden Testaufbau zu finden.

Das MCR Tribometer ist ein zeit- und kosteneffektiver Testaufbau und bietet einzigartige Möglichkeiten für Reibungs- und Verschleißtests an natürlichem und künstlichem Knorpel sowie an Ersatzfluiden für Synovialflüssigkeiten.

Laden Sie den Applikationsbericht herunter, um zu sehen, wie das MCR für die biotribologische Untersuchung von Knorpeln eingesetzt wird.

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Testequipment für Labore und Hersteller biokompatibler Materialien

Biomaterialien sind oft empfindlich, leicht durch externe Faktoren beeinflussbar und schwierig in Messgeräten zu befestigen. Daher werden hochgenaue Messgeräte benötigt, die leicht an Proben, wie Kontaktlinsen, Gewebe, Gele, Flüssigkeiten, etc. angepasst werden können.

Anton Paar bietet spezialisierte Messinstrumente, die in Laboren, die Biokompatibilität untersuchen, häufig verwendet werden:

Eine Vielzahl an Probenhaltern für Kontaktlinsen und Hydrogele sowie weitere Zubehörteile sind verfügbar, um Labore bei der biomedizinischen Forschung und Hersteller bei der Verarbeitung und Qualitätskontrolle von Biomaterialien optimal zu unterstützen.

Wenn Sie unsere Geräte selbst ausprobieren wollen, werfen Sie einen Blick auf unsere Seminare und Angebote in den Anton Paar Technical Centers oder kontaktieren Sie eine Anton Paar Vertretung, um mehr Information oder eine Demo anzufordern.

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Lösungen von Anton Paar für Oberflächencharakterisierung

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Forschungstechnologie, speziell dafür entwickelt, Komplexität zu reduzieren

Rasterkraftmikroskope liefern echte 3D-Bilder von Oberflächentopographien und geben Auskunft über Eigenschaften wie Rauigkeit oder Steifigkeit.

AFM gilt als anspruchsvolles Verfahren. Anton Paar hat eine neue Herangehensweise an die Technologie gewählt und die Bedienung weniger komplex gestaltet, um die Technik weiteren Benutzergruppen zugänglich zu machen.

Das Resultat ist ein Rasterkraftmikroskop, das Ihnen die Arbeit weitgehend erleichtert: Komplexe Arbeitsschritte sind automatisiert und der gesamte Messablauf wurde benutzerfreundlich gestaltet – Forschungstechnologie, die jetzt allen Anwendern zur Verfügung steht.

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Tribologie

Untersuchung von Materialien unter Betriebsbedingungen mit allen erforderlichen Messgeometrien

Um Informationen über das Leistungsvermögen von Materialien unter verschiedenen äußeren Einflüssen wie Temperatur und Luftfeuchte zu erhalten, ist die Kenntnis des tribologischen Verhaltens essenziell. Tribometer bestimmen die Reibungs-, Verschleiß- und Schmiereigenschaften von Materialien aller Art.

Anton Paars langjährige Expertise spiegelt sich in einem Geräteangebot wider, das von Pin-on-Disk-Standardmodellen bis zu Modellen für hohe Temperaturen, Nanomaterialien, Feuchte- und Vakuumanwendungen reicht. Es gibt auch ein MCR-Tribometer, das Tribologie mit Rheologie kombiniert.

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Ritzprüfung

Die bestmögliche Darstellung eines Ritzbildes in voller Übereinstimmung mit internationalen Normen

Ritzprüfer werden eingesetzt, um Verbundsysteme aus Schicht und Substrat zu charakterisieren und Parameter wie Schichthaftfestigkeit, Kratz- und Abriebsfestigkeit zu bestimmen. Anton Paars Ritzprüfer zeichnen sich durch ihre patentierten Technologien aus, z. B. synchronisierte Panoramaansicht der aktuellen Ritzprüfung und der Ritzkurve.

Die Dokumentation der Messungen erfüllt internationale Normen und die Proben können jederzeit neu analysiert oder mit früheren Ergebnissen verglichen werden.

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Schichtdickenmessung (Calo-Tests)

Einfache und schnelle Bestimmung der Schichtdicke

Da die Schichtdicke einen Einfluss auf das fertige Produkt hat, spielen genaue, möglichst kostengünstige Messungen eine große Rolle, um eine zuverlässige Beschichtungsqualität garantieren zu können.

Für diese Anforderungen verwenden Calotest-Geräte von Anton Paar das einfache Kalottenschleifverfahren. Mit dieser kosteneffizienten Charakterisierungstechnik werden innerhalb von 1 bis 2 Minuten Messungen ausgeführt, die internationale Normen erfüllen. Dies bedeutet gesicherte Datenqualität, höheren Durchsatz und Kosteneinsparungen.

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Analyse der Oberflächenladung

Schnelle, direkte Analyse von echten Proben, die individuelle Oberflächeneigenschaften widerspiegeln

Viele Materialien unterliegen Modifikationen durch Lagerung, Alterung oder Verschleiß während des Betriebs. Um solche Änderungen vorherzusagen und optimierte, neue und leistungsfähige Materialien zu entwickeln, werden diese unter tatsächlichen Betriebsbedingungen getestet. Eigenschaften wie Oberflächenladung, Adsorption/Desorption oder elektrostatische Anziehung/Abstoßung helfen dabei, Membranverschmutzungen, die Reinigungswirkung von Waschmitteln, die Adhäsion biologischer Substanzen und vieles mehr zu verstehen. Dieses Wissen wird durch einfache Messungen des Zetapotenzials einer Oberfläche gewonnen.

Anton Paar ist ein Wegbereiter auf dem Gebiet der Zetapotenzialanalyse von makroskopischen festen Materialien und hat diese Oberflächenanalysetechnik zu einer Routineanwendung bei der täglichen Laborarbeit entwickelt.

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Eindringprüfung

Messen anstatt zu schätzen und schnellere Ergebnisse erhalten

Eindringprüfungen geben Auskunft über mechanische Eigenschaften wie Härte und Elastizitätsmodul von dünnen Folien, Beschichtungen und Substraten. Anton Paar ist der einzige Anbieter eines Nanohärtemessgeräts mit einem echten Kraftsensor, der die auf die Probe einwirkende Kraft tatsächlich misst, anstatt die Werte anhand eines Aktuators abzuschätzen.

Die neue Generation der Ritzprüfer ist mit dem „Quick-Indentation-Modus“ ausgestattet, der die Ergebnisse achtmal schneller liefert als frühere Gerätegenerationen.

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Röntgenkleinwinkelstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS)

Am besten ausgerüstet zur Untersuchung von Partikeloberflächen mit der SAXS/WAXS/GISAXS Labor-Beamline

GISAXS ist eine wichtige Methode für die Untersuchung von nanostrukturierten Oberflächen und dünnen Schichten. Die Nanostruktur bestimmt die Eigenschaften eines Materials und beeinflusst die Einsatzfähigkeit von industriellen Beschichtungen, Drucktechniken, Elektronik, medizinischen Sensoren, Energiespeichermedien und vielem mehr. Die Untersuchung von Nanostrukturen unter wechselnden oder extremen äußeren Bedingungen wie höheren Temperaturen und Feuchte ermöglicht die Abstimmung und Optimierung von Materialien.

Seit den 1950er Jahren ist Anton Paar führend im Gebiet der Röntgenkleinwinkelstreuung(SAXS). Diese führende Expertise zeigt sich in den SAXS/WAXS/GISAXS-Systemen, die sich durch höchste Auflösung bei kompakten Abmessungen auszeichnen – für tägliche Nanountersuchungen, die effiziente Charakterisierung unterschiedlicher Proben (von flüssig bis fest) und die Entwicklung neuer Methoden.

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Anwendungen in den Materialwissenschaften

Finden Sie Lösungen für Ihre Anwendung in unserer Dokumentendatenbank.