En diversas disciplinas como la investigación forense, la industria balística y la biomecánica, es de gran interés encontrar un sustituto artificial para el tejido vivo que permita realizar pruebas experimentales, recreando, según la aplicación, propiedades térmicas, eléctricas, ópticas, acústicas y mecánicas. Para este fin, se han utilizado diferentes materiales como sustitutos, entre los cuales destacan las suspensiones líquidas, las gelatinas, los elastómeros, las resinas epoxi, los metales y los textiles [1], no obstante, solo las gelatinas y los elastómeros pueden tener un comportamiento mecánico similar al tejido vivo, generalmente viscoelástico y en muchos casos, hiper elástico [2]. El presente trabajo tiene como objetivo recrear las propiedades mecánicas a tracción de la piel y el tejido uterino para una gestaste promedio en el tercer trimestre, enfatizando en que no se han documentado materiales sustitutos con propiedades mecánicas similares al útero en gestación. El material sustituto se requiere para ser implementado en un modelo dinámico experimental de útero grávido artificial que contempla las estructuras del feto, el útero y el líquido amniótico, y que permite estudiar la cinemática fetal durante el embarazo. La silicona estudiada será empleada para la piel del feto y el recubrimiento interior del modelo uterino que, a diferencia del gel balístico, es químicamente estable en medios acuosos, con alta durabilidad y termo estabilidad, características que ayudan a la ejecución de los ensayos experimentales y reducen la variabilidad de las propiedades mecánicas del material por agentes externos. Se ejecutó la caracterización mecánica en tracción de una silicona de moldeo con dureza shore 30A. La obtención de las probetas se realizó con base en la metodología de Chanda [3], mezclando en partes iguales la base polimérica con el agente de curado, para posteriormente verter la mezcla en moldes impresos de ácido poli láctico flexible (PLA +) con la geometría negativa de las probetas. Se ensayaron cuatro velocidades de deformación típicas en tejido biológico (0.012, 0.06, 0.4 y 1.5) haciendo uso de la máquina de ensayos universal MTS Bionix. Se computaron las gráficas de esfuerzo vs deformación verdadera y esfuerzo vs estiramiento. A través de una regresión de quinto orden para cada set de datos (R > 0.98), se compararon los valores de las gráficas anteriormente mencionadas para la silicona de moldeo con las referencias experimentales para la piel [4] y el tejido uterino [5]. No se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas (p > 0.05) para los valores de esfuerzo y deformación en comparación en el tejido biológico. Se ajustaron los modelos de Ogden y Veronda–Westmann para el comportamiento hiper elástico no lineal de la silicona de moldeo utilizando la herramienta auto ajuste de ANSYS. También se realizaron ensayos de fluencia- recuperación con esfuerzo constante y relajación de tensiones con deformación constante para caracterizar el comportamiento viscoelástico del material dependiente de la velocidad de deformación. Se concluye que la silicona ensayada puede ser utilizada como sustituto experimental de la piel humana y el tejido uterino, en aplicaciones donde sea importante su respuesta mecánica, como es el caso de estudios en colisiones automovilísticas e investigaciones sobre la presión intrauterina. Por otro lado, las constantes ajustadas para los modelos hiper elásticos permiten realizar simulaciones tanto estáticas como dinámicas que contemplen este material.
Referencias
[1] L. A. Fenton, I. Horsfall, and D. J. Carr, “Skin and skin simulants,” Australian Journal of Forensic Sciences, vol. 52, no. 1, pp. 96–106, Jan. 2020, doi: 10.1080/00450618.2018.1450896.
[2] N. Özkaya, M. Nordin, D. Goldsheyder, and D. Leger, “Fundamentals of biomechanics: Equilibrium, motion, and deformation: Third edition,” Fundamentals of Biomechanics: Equilibrium, Motion, and Deformation: Third Edition, pp. 1–275, Jan. 2012, doi: 10.1007/978-1-4614-1150-5/COVER.
[3] A. Chanda, “Biomechanical Modeling of Human Skin Tissue Surrogates,” Biomimetics, vol. 3, no. 3, Sep. 2018, doi: 10.3390/BIOMIMETICS3030018.
[4] M. Ottenio, D. Tran, A. Ní Annaidh, M. D. Gilchrist, and K. Bruyère, “Strain rate and anisotropy effects on the tensile failure characteristics of human skin,” J Mech Behav Biomed Mater, vol. 41, pp. 241–250, Jan. 2015, doi: 10.1016/J.JMBBM.2014.10.006.
[5] J. A. Bisplinghoff, A. R. Kemper, and S. M. Duma, “Dynamic material properties of the pregnant human uterus,” J Biomech, vol. 45, no. 9, pp. 1724–1727, Jun. 2012, doi: 10.1016/J.JBIOMECH.2012.04.001.
