Oberflächenuntersuchungen an Gehörknöchelchen-Hartschnitten mit dem Nanoindentor

Mit der Nanoindentation können Oberflächen von festen biologischen Geweben wie ursprünglich von Werkstoffen mechanisch charakterisiert werden. Eine Diamantspitze (Indentor) wird mit einer einstellbaren Geschwindigkeit langsam in die Oberfläche der Probe gedrückt, gehalten und anschließend wieder zurückgezogen. Aus der registrierten Kurve wird ein sog. Eindringmodul bestimmt, aus dem der Elastizitätsmodul berechnet werden kann. Diese mechanische Kenngröße ist z.B. für Mittelohr-Modellrechnungen für die Implantatoptimierung notwendig.

Mit einem Nanoindentor XP wurden Gehörknöchelchen (Ambosse) untersucht. Die Ambosse sind in PMMA eingebettet, geschnitten und oberflächlich poliert worden. Diese Oberfläche ist trotz der verbliebenen Rauheit geeignet für die Nanoindentation mit einer Eindrucktiefe von 1µm. Es wurden 148 Messungen in vier ausgewählten Regionen durchgeführt.

Die an dem Geflechtknochen des Ambosses an verschiedenen Stellen des Crus breve, des Corpus und des Crus longus ermittelten Elastizitätsmoduln liegen im Bereich von (20–3) GPa in Übereinstimmung mit den von Rho et.al. an kortikalem Knochen gemessen Werten.

Den Rechnungen liegt eine Querkontraktionszahl von 0,3 zugrunde, die aber zur Erlangung genauerer Werte noch mit anderen Methoden verifiziert werden müßte. Die Einbettung in PMMA ist ebenfalls eine Fehlerquelle. Zum Vergleich der punktuellen Indentation mit der ultraschallmikroskopisch flächenhaft ermittelten Schallkennimpedanz (Impedanzkarte) ist das Problem der Indentorpositionierung noch zu lösen.

Key words

Elastizitätsmodul - Gehörknöchelchen - Nanoindentor