Сравнить образцы тканей из натуральных и химических волокон по внешнему виду, на ощупь, с по мощью пробы на горение и сделать вывод об их волокнистом составе.
При определении волокнистого состава тканей сравнивайте полученные результаты опытов с показателями свойств тканей из таблицы.
Скачать:
Предварительный просмотр:
7 класс
Тема: Лабораторно-практическая работа «Определение волокнистого состава тканей из натуральных и химических волокон»
Вощикова Елена Александровна, учитель технологии ГБОУСОШ № 251 г. Санкт-Петербурга
Материалы, инструменты и оборудование: образцы тканей (лоскут) из натуральных (растительного и животного происхождения) и химических (искусственных и синтетических) волокон (четыре образца на группу), емкость с водой, спички или зажигалка, учебное пособие, тетрадь, таблица, форма отчета.
Задание
Сравнить образцы тканей из натуральных и химических волокон по внешнему виду, на ощупь, с по мощью пробы на горение и сделать вывод об их волокнистом составе.
При определении волокнистого состава тканей сравнивайте полученные результаты опытов с показателями свойств тканей из таблицы.
Ход работы (выполняется группами по 4-5 человек)
1. Подготовьте в тетради форму отчета и по мере изучения образцов ткани заполняйте ее.
2. Пронумеруйте образцы тканей цифрами от 1 до 4.
3. Рассмотрите каждый образец и определите, у каких образцов поверхность блестящая, а у каких - матовая.
4. Определите на ощупь степень гладкости и мягкости каждого образца.
5. Определите сминаемость образцов: зажмите каждый из них в кулаке на 15-20 с, а затем раскройте ладонь.
6. Определите, сильно ли осыпаются края ткани у каждого из образцов.
7. Выньте по две нити из каждого образца. Разорвите сначала сухую, а затем мокрую нить поочередно каждого из четырех образцов. Определите, изменилась ли прочность нитей каждого образца при намачивании.
8. Процесс горения демонстрирует учитель для каждой группы отдельно!
Учитель подожжет нити ткани из каждого образца. Цвет пламени, запах, цвет оставшегося после горения пепла запишите в таблицу.
9. Прикрепите образцы под соответствующими номерами.
10. Сравнив данные заполненной вами таблицы и таблицы в учебнике «Технология. 7 класс» сделайте вывод о волокнистом составе каждого образца.
Форма отчета по практической работе
Признак вида ткани | Номер образца |
|||
Блеск | ||||
Гладкость поверхности | ||||
Мягкость | ||||
Сминаемость | ||||
Осыпаемость нитей | ||||
Прочность нити | ||||
Цвет пламени | ||||
Запах | ||||
Пепел | ||||
Вид волокна | ||||
Контроль знаний и умений.
Контроль знаний и умений учащихся осуществляется на основании проверки итогов лабораторно-практической работы. Учащиеся, успешно усвоившие учебный материал, безошибочно определяют волокнистый состав ткани: ткань натурального или химического происхождения.
При наличии учебного времени учащимся можно дать контрольное тестовое задание или задание повышенной сложности - кроссворд.
Вопросы для закрепления материала
Выберите вариант ответа.
1. Сырьем для производства синтетических волокон являются:
а) отходы нефти;
б) опилки;
в) природный газ. Ответ-, а, в.
2. К искусственным волокнам относятся:
а) нитрошелк;
б) вискозный шелк;
в) ацетатный шелк;
г) нейлон;
д) капрон. Ответ-, а, б, в.
3. Производство тканей из натуральных волокон происходит в следующей последовательности:
а) прядение - отделка - ткачество;
б) ткачество - отделка - прядение;
в) прядение - ткачество - отделка.
Ответ: в.
4. Что нужно сделать с тканью, чтобы избежать ее
усадки?
а) Декатировать;
б) отутюжить;
в) замочить в холодной воде.
Ответ: а.
5. Установите соответствие между видом волокна и признаком его определения.
Запишите возле цифры из левого столбца соответствующую ей букву правого
Характер горения
1) ацетат А) сгорает полностью с образованием светло-серой золы
2)хлопок Б) горит без пламени, с треском, на конце волокна шарик, рассыпающийся при нажатии
3) натуральный шелк В) горит быстро, вне пламени не горит, на конце бурый плотный шарик
Ответ: 1 - В, 2 - А, 3 - Б.
6. Установите соответствие между видом волокна и характерным запахом при горении.
Волокно Запах при горении
1) ацетат А) горящей бумаги
2) хлопок Б)уксуса
3) натуральный шелк В) жженого волоса
Ответ:
1 - В, 2 - А, 3 - Б.
Столбца
Кроссворд по теме «Материаловедение»
По горизонтали:
1. Технологическое свойство ткани.
2. Вид синтетического волокна.
3. Физико-механическое свойство ткани.
4. Ткацкое переплетение.
5. Вид отделки ткани.
6. Запах хлопка при горении.
По вертикали:
7. Гигиеническое свойство ткани.
8. Вид искусственного волокна.
Ответы: 1. Осыпаемость. 2. Нейлон. 3. Сминаемость. 4. Полотняное. 5. Крашение. 6. Уксус.
7. Пылеемкость. 8. Нитрошелк.
Подведение итогов занятия.
Учитель анализирует итоги лабораторной работы, обобщает полученные знания, выставляет оценки учащимся, дает домашнее задание: составить коллекцию тканей из химических волокон (или творческую аппликацию, коллаж).
Дежурные убирают класс, сдают учителю раздаточный материал.
Тема: Изучение свойств ткани.
Обучающая цель:
Научить делать правильный выбор ткани на изделие;
Способствовать развитию умения определять свойства ткани.
Воспитательная цель:
Воспитание культуры поведения на уроке;
Воспитание ответственного поведения в жизни;
Развивающая цель:
Развитие творческого подхода к заданной цели;
Развитие аналитических способностей (анализ, сравнение);
Развитие творческих способностей обучающихся.
Требуемая IT подготовка
При подготовке использованы средства Pow e r Point для создания презентаций, Microsoft Word для подготовки приложений, образцов составления устного выступления.
В процессе подготовки к уроку использовались ресурсы: компьютерные программные средства - Microsoft Word , материалы интернет-ресурсов.
Оборудование и материалы:
Презентация Pow e r Point «Свойства ткани», образцы ткани, ножницы, емкость с водой, округлая сфера (глобус).
Задачи урока:
Учится применять их при выборе ткани.
Ход урока
Организационный момент. Приветствие.
Отметить присутствующих и отсутствующих учеников на уроке.
2. Изучение новой темы. Введение.
Учитель на доске пишет словосочетание «ВЫБОР ТКАНИ» и задает вопрос: «Какие ассоциации возникают у вас с этим словосочетанием?».
Ответы учеников: «Для чего. Для кого. Из чего. Где купить».
Учитель: Из этого мы можем сделать ВЫВОД, что прежде чем выбрать ткань, необходимо подготовиться к этому процессу. Здесь нужны определенные знания. А если мы сделаем не правильный выбор, то в итоге, изделие не будет отвечать требованиям.
Так какая же ЦЕЛЬ стоит перед вами?
Ученики: Научиться делать правильный выбор ткани на изделие.
Учитель: Для этого нам необходимо знать характер, свойства ткани.
Задачи урока:
Познакомится со свойствами ткани.
Научится их применять при выборе ткани.
Учитель включает презентацию:
1 слайд: Свойства ткани
2 слайд: В природе существует три основных вида свойств:
Физико-механические, гигиенические, технологические.
3 слайд: К физико-механическим относятся такие свойства, как прочность, сминаемость и драпируемость.
Давайте разберем подробней каждое свойство.
4 слайд: Устойчивость ткани к стирке, воздействию солнечных лучей, к трению, к растяжению.
Устойчивость ткани к стирке – это когда ткань после стирки не потеряла свою форму и цвет.
Устойчивость ткани к воздействию солнечных лучей – ткань считается прочной, если при долгом нахождении на солнце не потеряла свой цвет, т.е. не выгорела.
Устойчивость ткани к трению - любая одежда, которую мы носим постоянно, соприкасается с различными поверхностями, после чего могут образовываться потертости и катышки.
Устойчивость ткани к растяжению – хороший пример с детскими х/б колготками, которые очень быстро теряют свою форму и сильно растягиваются в коленках.
Вывод:
Вопрос учителя: «Скажите, девочки, в какой ситуации мы сталкиваемся с этим свойством?».
Ответ учеников: При стирке шерстяных вещей. Они обладают малой устойчивостью к стирке.
5 слайд: Сминаемость- свойство ткани сминаться.
Практический эксперимент. Раздать два образца ткани. Ученики загибают кончик образцов и держат 5 – 10 секунд. Затем разгибают и определяют сминаемость каждого образца: высокая или низкая сминаемость.
Вывод:
Вопрос учителя: Скажите, малосминаемость – это хорошо или плохо, в каких случаях мы учитываем сминаемость ткани?
(Привести пример с юбкой – карандаш, деловой стиль).
6 слайд: Драпируемость – это свойство ткани под собственным весом образовывать складки.
Практический эксперимент. Необходимо взять два глобуса и на каждый поместить образец ткани разного качества: с высокой и низкой драпируемостью.
Ученики сравнивают какая ткань способна образовать больше складок, а какая наоборот.
Вопрос учителя: В каких случаях мы можем применить это свойство?
(Привести пример со шторами, ламбрекенами, широкими юбками).
Повторение:
7 слайд: К гигиеническим свойствам относятся: гигроскопичность, пылеемкость, теплозащитность.
8 слайд: Гигроскопичность – это свойство ткани впитывать влагу выделяемую телом человека и выпускать ее в окружающую среду.
Вопрос учителя: Какие ассоциации возникают у вас с этой картинкой?
Ответ учеников: на физкультуру одеваем одежду из натуральных тканей, чтоб телу было комфортно и легко дышалось.
Вопрос учителя: (Указать на картинку) А если это не натуральная ткань, а синтетическая куда пойдут стрелочки?...
Практический эксперимент: Взять два образца ткани и опустить в воду. Сравнить какой образец обладает высокой или низкой гигроскопичностью.
Вывод:
Вопрос учителя: Какой же вывод мы можем сделать, познакомившись с этим свойством?
Ответ учеников: Одежда ближе к телу должна обладать высокой гигроскопичностью, чтобы телу было комфортно.
9 слайд: Пылеемкость – это свойство ткани задерживать пыль на своей поверхности.
Вопрос учителя: Скажите, от чего же зависит пылеемкость?
Ответ учеников: От поверхности. Если поверхность ткани гладкая, то пыль с нее легко слетает, а если шероховатая, то ткань способна накопить в себе очень много пыли.
Учитель: Поднять двух девочек и на их одежде определить какая обладает высокой или малой пылеемкостью.
Как же можно бороться с этим? Да, просто, чаще стирать и чистить изделие.
10 слайд: Теплозащитность – свойство ткани удерживать тепло выделяемое телом человека.
Учитель: Это свойство не требует объяснений. Скажите, какие ткани обладают высокой теплозащитностью, а какие малой?
Вопрос учителя: В каком случае мы можем применить это свойство?
(привести пример с шерстяным жакетом или юбкой для зимнего периода).
11 слайд: К технологическим свойствам относятся: скольжение, осыпаемость нитей, усадка.
12 слайд : Осыпаемость нитей на швах – это выпадение нитей из срезов ткани.
Практический эксперимент: берем два образца ткани и пытаемся выдернуть нитки из срезов ткани. Сравнить образцы. Если нити легко удаляются, то ткань обладает высокой осыпаемостью, а если необходимо приложить усилие, то ткань обладает средней или малой осыпаемостью.
Вывод:
Вопрос учителя: Так при какой работе мы можем столкнуться с этим свойством?
Ответ ученика: При раскрое ткани.
Учитель: Правильно. Значит когда мы раскраиваем ткань, имеющую высокую осыпаемость, то мы припуски на швы даем несколько больше чем обычно.
13 слайд: Усадка – это свойство ткани уменьшаться в размерах после влажно-тепловой обработки.
Зрительный эксперимент: Я сама провела эксперимент взяла кусочек ткани из натуральных волокон произвела ВТО с горячим утюгом, что привело к изменению размеров этого кусочка ткани. Мы знаем, что изделия из натуральных волокон «садятся» после стирки.
Вопрос учителя: Если мы решили шить блузку из хлопчатобумажной ткани, о чем мы задумаемся?
Ответ ученика: Что же делать, чтоб избежать усадки?
Учитель: Есть такой термин в технологии «декатировка» ткани – это отпаривание ткани горячим паром перед раскроем.
Вывод:
Вывод напрашивается сам по себе. Зная об этом свойстве, мы правильно подготовим ткань к раскрою.
14 слайд: Скольжение – это свойство ткани сдвигаться во время раскроя.
Практический эксперимент: У вас на столе лежат два образца ткани и ножницы. Сложите ткань пополам и попробуйте разрезать.
Вопрос учителя: Какие трудности возникли при разрезании?
Ответ ученика: Шелковый образец скользит при разрезании и доставляет трудности,
а хлопчатобумажный хорошо разрезался.
Вывод: При выборе ткани с высокой степенью скольжения, нужно быть готовым к трудностям при обработке.
Например, при раскрое лучше закалывать булавками, резать острыми ножницами.
Контроль
Мы с вами изучили различные свойства ткани. Давайте проведем небольшое тестирование.
Учитель раздает карточки с вопросами. Ученик должен вычеркнуть лишние свойства. За каждый правильный ответ даем 1 балл: 7-9 баллов оценка «5»; 5-7 баллов оценка «4»; 2-4 балла оценка «3» .
Физико-механические
Прочность
Усадка
Осыпаемость
Сминаемость
Драпируемость
Гигроскопичность
Гигиенические
Прочность
Теплозащитность
Гигроскопичность
Пылеемкость
Драпируемость
Сминаемость
Технологические
Скольжение
Драпируемость
Прочность
Осыпаемость
Усадка
Гигроскопичность
Подведение итогов урока. Рефлексия.
Слово учителя: Девочки, в начале урока мы с вами ставили две задачи. Давайте вспомним какие:
Изучить свойства ткани
Учиться применять их на практике.
Вопрос учителя : По вашему мнению, мы выполнили задачи урока? Вам понравился урок? Сформулируйте свой ответ, начиная со слова «Я …».
Физико-механическиеПрочность
Усадка
Осыпаемость
Сминаемость
Драпируемость
Гигроскопичность
Гигиенические
Прочность
Теплозащитность
Гигроскопичность
Пылеемкость
Драпируемость
Сминаемость
Технологические
Скольжение
Драпируемость
Прочность
Осыпаемость
Усадка
Гигроскопичность
Физико-механические
Прочность
Усадка
Осыпаемость
Сминаемость
Драпируемость
Гигроскопичность
Гигиенические
Прочность
Теплозащитность
Гигроскопичность
Пылеемкость
Драпируемость
Сминаемость
Технологические
Скольжение
Драпируемость
Прочность
Осыпаемость
Усадка
Гигроскопичность
Физико-механические
Прочность
Усадка
Осыпаемость
Сминаемость
Драпируемость
Гигроскопичность
Гигиенические
Прочность
Теплозащитность
Гигроскопичность
Пылеемкость
Драпируемость
Сминаемость
Технологические
Скольжение
Драпируемость
Прочность
Осыпаемость
Усадка
Гигроскопичность
Физико-механические
Прочность
Усадка
Осыпаемость
Сминаемость
Драпируемость
Гигроскопичность
Гигиенические
Прочность
Теплозащитность
Гигроскопичность
Пылеемкость
Драпируемость
Сминаемость
Технологические
Скольжение
Драпируемость
Прочность
Осыпаемость
Усадка
Гигроскопичность
характеристик: фактической и поверхностной плотности;
механических свойств»
Цель работы:
1. Определить размерные характеристики ткани: линейную плотность, поверхностную плотность; основные структурные характеристики.
2. Определить механические свойства ткани.
Выполнение работы:
Определение фактической плотности ткани
Таблица 8
1. Определение линейной плотности ткани (основных (То) и уточных (Ту) нитей).
2. Определение относительной плотности ткани по формуле 1 и 2 (если линейная плотность основных и уточных нитей разная):
, Еу = (2)
где С – коэффициент равный для х/б - 83-100; для шерсти - 74-80,
штапельная вискозная пряжа - 80, НВис - 83, НШС – 100;
По, Пу – фактическая плотность нитей по основе и утку;
То, Ту – линейная плотность нитей основы и утка.
3. Вычислить поверхностное заполнение ткани (Еs) по формуле 3:
4. Вычислить поверхностную плотность ткани по формуле 4:
G = 0,01*(То*По + Ту*Пу), г/м 2 (4)
5. Определение драпируемости по методу ЦНИИ шелка (метод иглы).
5.1. Вычислить коэффициент драпируемости в % относительно по основе и утку по формуле 5:
Д=(200-А)*100/200 (5)
5.2. Сравнительный анализ результатов: ________________________________
6. Определение прочности ткани при растяжении. ________________________
_________________________________________________
7. Определение сминаемости ткани.
7.1. Отметить, что повлияло на сминаемость данной ткани?
___________________________________
8. Ответы на контрольные вопросы.
1. Как влияет поверхностная плотность ткани на ее свойства и назначение?
_____________________
2. Что такое жесткость ткани? _________________________________________
_____________________
3. Факторы, влияющие на жесткость ткани. ______________________________
____________________________
4. Влияние жесткости, драпируемости, сминаемости на выбор модели одежды.
____________________________
· Оценка и комментарии преподавателя.
Практическое занятие № 8
Тема: «Определение технологических свойств тканей »
Цель работы:
1. Изучить технологические свойства определенных проб тканей.
2. Отметить влияние технологических свойств тканей на все стадии швейного производства.
Выполнение работы:
1. Определить основу и уток, лицевую и изнаночную стороны проб тканей и охарактеризовать фактуру лицевой поверхности.
2. Охарактеризовать пряжу (нити) по способу прядения, строению, величине крутки.
3. Определить волокнистый состав по основе и по утку.
4. Определить (примерно) поверхностное заполнение ткани (Еs) и поверхностную плотность (G); ткацкое переплетение; особенности отделки ткани. Данные исследований занести в таблицу 10.
Характеристика ткани
Таблица 10
5. Определить технологические свойства пробы ткани.
5.1. Скольжение ткани________________________________________________
5.1.1. Что повлияло на скольжение ткани? _______________________________
_____________________
5.1.2. Как учитывается скольжение в раскройном производстве?____________
_____________________
5.2. Сопротивление ткани резанию _____________________________________
5.2.1. Отметить, как повлияет это свойство на процессы раскроя.____________
_____________________
5.3. Сжимаемость ткани охарактеризовать большой или меньшей степенью.
5.3.1. Отметить, что повлияло на сжимаемость данной ткани. _______________
5.3.2. Как влияет сжимаемость данной ткани на износостойкость и расход швейных ниток? ________________________________________________________
____________________________
5.4. Осыпаемость ткани ______________________________________________
5.4.1. Что повлияло на осыпаемость конкретной пробы ткани?
____________________________
5.4.2. Что предусмотрено для укрепления шва в изделии, изготавливаемом из данной ткани? __________________________________________________________
_____________________
5.5. Раздвигаемость нитей в швах______________________________________
5.5.1. Что повлияло на раздвигаемость нитей в швах? ______________________
_____________________
5.6. Определение прорубаемости материалов.
Пя= 100*(Нр/Ко), (6)
Где Ня – явная прорубаемость,%
Нр – число разрушенных нитей,
Ко – число проколов иглы по всей длине строчки.
5.6.2. Анализ причин прорубаемости испытываемого материала и рекомендации по снижению явной прорубаемости. ____________________________________
_____________________
5.6.3. Окончательно установить номера игл и ниток для данной пробы ткани.
_____________________
5.7. Изучить методику определения усадки ткани.
5.7.1. Усадку ткани вычисляют отдельно по основе и утку по формулам 7, 8:
Уо=100(L1-L2)/L1, % , где (7)
Уу=100(L1"-L2")/L1" (8)
L1, L1"- первоначальная размеры образца по основе и утку
L2, L2"- размеры образца по основе и утку после замачивания и высушивания.
Примечание: Этот пункт практической работы выполняется как домашнее задание.
Размеры проб 300*300 мм и на них карандашом наносят контрольные метки. Затем карандашные метки обводят несмываемой краской или прошивают нитками. Стирку производить при температуре примерно 40 о С со стиральным порошком в стиральной машине. Затем отжать и прополоскать при температуре 20-25 о С и снова отжать. Отжатые образцы гладят через неаппретированную хлопчатобумажную ткань электроутюгом, нагретым до температуры 200 о С. Утюг можно передвигать в разных направлениях, но без нажима. После глажения образцы выдерживают в нормальных условиях. Расстояние между контрольными метками измеряют с точностью до 1мм и подсчитывают среднее арифметическое с точностью до 0,1 мм. Эти данные используют для вычисления величины усадки.
5.7.2. Сделать выводы по усадке ткани. Какие факторы повлияли на ее величину? ___________________________________________________________________
__________________________________________
5.8. Определить по пробе ткани ее способность к формообразованию при ВТО в зависимости от волокнистого состава, структуры (плотности, переплетения), характера отделки и вида нитей. _______________________________
«Аппликация из ткани» - Декоративные: Резать кончиками - нельзя, серединкой - можно. А теперь несколько рекомендаций! Предметные: Вы познакомились с лоскутной техникой «аппликация». Мал лоскуток да дорог! Сказки, рассказы… Изображающие узор или орнамент. I. Обращайтесь с ножницами очень осторожно. Аппликация из ткани. «Всё что делаем мы сами Называем чудесами!».
«Состав слова» - Составить алгоритм выделения значимых частей в слове. Сочинить сказку о составе слова. Проблема (педагогическая). Выяснить, какие части есть у слов. Ученики допускают ошибки при разборе слов по составу. Составить справочник. Выяснить, как из отдельных частей образуются слова. Предмет: Русский язык.
«Ткани и органы» - Группа Средняя Агглютиногены Агглютинины. Мочевыделительная. Мышечные ткани. Пищеварительная. Печень. Легкие. IV группа. Почка. Гортань. Лимфатическая. Дыхательная. Эпителиальная ткань. Мускулатура. Нервная. Головной мозг. II группа. Скелет. А ещё сможете определить группу своей крови… «Расширенное изучение анатомии человека».
«Ткани человека» - Хрящевая ткань. Жировая ткань. Порядок работы: Эпителий молочной железы включает клетки кубической формы, выделяющие молоко. Железистый эпителий. Демонстрационная лабораторная работа. Клетки самого нижнего слоя (слева) деляться, обновляя ткань. Эпителий молочной железы. Таблица. Верхний слой отмерших клеток (справа) постоянно слущивается.
«Ткани растений» - Служат для сохранения питательных веществ. Для газообмена и транспирации в пробке формируются чечевички. Клеточные стенки неравномерно утолщены. Трахеиды. Повторение. Ситовидные трубки. Перечислите основные виды покровных тканей. Возникают на базе первичных. Чаще встречаются у высших споровых и голосеменных растений.
«Лабораторные работы по Windows» - Разработка пользовательских форм в VBA. Excel. Вставка и редактирование рисунков, схем и чертежей Лабораторная работа №3_1. Работа с окнами и приложениями в Windows. Windows. WORD. Создание баз данных. Форматирование текста в редакторе Word. Разделы курса. Создание и редактирование диаграмм в документах word.
2-07-2011, 03:29
Описание
Экспериментальные исследования | Испытательный стенд для исследования вязкопластических свойств биологических тканей
Учреждение Российской академии медицинских наук НИИ глазных болезней РАМН, Москва; кафедра офтальмологии Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова
Представлены результаты разработки оригинального испытательного стенда для исследования вязкопластических свойств биологических тканей. Специальная программа обеспечивает возможность построения графика, отражающего усилия в испытуемом материале. При исследовании изолированных хрусталиков, удаленных экстракапсулярным методом, выявлена высокая корреляция между акустической плотностью и вязкопластическими свойствами вещества хрусталика.
В последние годы в офтальмологии как в научных исследованиях, так и в клинической практике достаточно широко придерживаются подходов, предполагающих активное изучение биомеханических свойств различных анатомических структур. Энциклопедическое определение трактует биомеханику как "раздел биофизики, в котором рассматривают механические свойства тканей и органов, а также механические явления, происходящие в живых организмах в процессе их жизнедеятельности". Данное определение может быть дополнено важным тезисом: "...в том числе в результате заболеваний, а также применения различных методов диагностики и лечения".
Анализ данных литературы свидетельствует о том, что процесс изучения биомеханических свойств структур глазного яблока развивается в трех основных направлениях: экспериментальные исследования, математическое моделирование и прижизненная оценка .
Объектами экспериментальных исследований могут являться удаляемые в ходе хирургических вмешательств анатомические структуры (например, роговица, хрусталик) или их фрагменты, кадаверные изолированные глаза и глаза экспериментальных животных (чаще кролика). Отсутствие процессов репарации в удаленных тканях и кадаверных глазах, возможные постмортальные изменения последних, а также известные различия в анатомическом строении глаз человека и кролика не позволяют оперировать абсолютными значениями различных показателей, характеризующих биомеханические свойства тканей.
Тем не менее к различным вариантам экспериментального изучения биомеханических свойств структур глазного яблока до сих пор широко прибегают в научных целях. Так, при исследовании удаленных тканей возможно выявление корреляционной зависимости между экспериментальными данными и результатами клинических тестов, предпринимаемых для оценки каких-либо биомеханических показателей.
В эксперименте на кадаверных глазах и глазах кролика в сравнительном аспекте оценивают как исходные биомеханические свойства, так и их изменения в результате моделирования различных заболеваний или каких-либо вмешательств (хирургических, лазерных и т. д.). При этом очевидно, что в таких экспериментальных исследованиях могут быть использованы только относительные показатели для оценки наступающих изменений биомеханических свойств. Этот тезис подтверждается и существенной вариабельностью экспериментально полученных в различных исследованиях показателей, характеризующих биомеханические свойства роговицы: модуля Юнга (Е); коэффициента Пуассона (u); прочности (o); запаса деформативной способности (z) и т. д.
Еще одно преимущество экспериментального изучения "биомеханики" заключается в отсутствии ограничений на применяемые методы и подходы, выбор которых в основном лимитирован только современным научно-техническим развитием.
Алгоритм экспериментального исследования биомеханических свойств биологических тканей включает три основных этапа :
1) дозированное механическое воздействие на образец;
2) изменение физического состояния образца (деформация, частичное или полное разрушение);
3) обработка полученных результатов.
Различные варианты экспериментального исследования биомеханических свойств структур и тканей глаза, предполагающие использование описанного алгоритма, объединяют термином "офтальмомеханография ".
К серийно выпускаемым приборам, обеспечивающим возможность проведения механографических тестов, относится испытательное устройство "Instron" - достаточно дорогостоящий и сложный в эксплуатации прибор. Указанная установка позволяет оценивать деформацию образца в зависимости от прилагаемого к нему усилия.
Этот подход весьма удобен для изучения упругих и вязкоупругих свойств тканей, например роговицы, однако плохо позволяет описывать необратимые деформации испытуемого объекта. Последнее обстоятельство приобретает особое значение при оценке биомеханических свойств таких "пластичных" внутриглазных структур, как хрусталик и стекловидное тело.
Предлагаемый испытательный стенд (рис. 1) предназначен для экспериментальных исследований и позволяет проводить количественную оценку вязкопластических и хрупких свойств биологических тканей.
1) гидравлическая система подачи испытательного инструмента (плунжера) с программируемой постоянной скоростью подачи;
2) система оценки усилия, передаваемого на испытуемый образец.
Оба модуля смонтированы на единой станине с бинокулярным микроскопом, обеспечивающим визуальный микроконтроль за испытуемым образцом.
Принципиальная схема стенда включает следующие основные узлы (рис. 2):
1 - нагнетательная система для гидравлической подачи плунжера с постоянной программируемой скоростью (в разработанном устройстве использован серийно выпускаемый инфузомат для дозированных внутривенных вливаний);
2 - оптическая система микроконтроля положения плунжера;
3 - система грубой регулировки положения плунжера;
4 - гидравлический привод плунжера;
5 - система количественной оценки усилия, передаваемого на испытуемый образец (на цифровых весах высокой точности);
6 - испытательный инструмент (плунжер), система фиксации предусматривает возможность применения плунжера с различной конфигурацией рабочей части;
7 - форма для фиксации испытуемого образца;
8 - персональный компьютер с программой для обработки результатов испытаний.
Гидравлическая система подачи плунжера позволяет осуществлять поступательное движение испытательного инструмента со скоростью в диапазоне от 0,06 до 30 мм/мин включительно. По сравнению с прямой механической подачей применение "гидравлики" делает систему более демпфированной и практически исключает избыточное инерционное воздействие инструмента в момент разгрузки напряжения при локальном разрушении ткани.
Система оценки усилия, передаваемого на образец, позволяет 5 раз в секунду получать данные с разрешением 0,02 гс (предельное оцениваемое усилие составляет 300 гс). Обработку данных обеспечивает персональный компьютер. Специальная программа позволяет строить график разрушающего усилия в материале по мере подачи плунжера, в котором данные по оси абсцисс соответствуют величине разрушающего усилия (в грамм-силе - гс), а по оси ординат - степень погружения плунжера в испытуемый образец (в микрометрах - мкм).
Предварительная оценка работоспособности предлагаемого устройства была проведена в рамках научного исследования, касающегося изучения возможностей применения пространственного ультразвукового метода для оценки различных параметров хрусталика, в частности его акустической плотности. При анализе результатов операции ультразвуковой факоэмульсификации по поводу катаракты были получены данные о корреляции акустической плотности хрусталика с "кумулятивной" энергией ультразвука (англ. Cumulative Dissipated Energy), затраченной в ходе факоэмульсификации.
Хотя эти данные в известной степени носили косвенный характер, тем не менее они подтверждали возможность предоперационной оценки плотности вещества хрусталика пространственным ультразвуковым методом. Прямые же доказательства "работоспособности" метода можно было получить при сравнении показателей акустической плотности и биомеханических свойств хрусталика.
В связи с этим 9 хрусталиков, удаленных экстракапсулярным методом по поводу катаракты, были подвергнуты механографическим испытаниям. В ходе дооперационного ультразвукового исследования проводили сравнительный денситометрический анализ ядерных, передних и задних кортикальных слоев хрусталика с определением так называемой суммарной ультразвуковой или акустической плотности (в условных единицах - у. е.) на основе двухмерных тканевых гистограмм. До проведения испытаний образцы хранили в сбалансированном растворе при температурном режиме порядка 5-7°С. Рабочая часть плунжера представляла собой полусферу площадью 0,25 мм2.
В ходе эксперимента для каждого из образцов были получены кривые разрушающего усилия, характеризующие вязкопластические свойства вещества хрусталика. В таблице для каждого испытанного образца представлены данные об акустической плотности (АП в у. е.) и показатель, полученный на основании анализа кривых и отражающий вязкопластические свойства образца - так называемая средняя вязкость (СВ в гс/мм2). Анализ данных таблицы свидетельствует о существенной зависимости между акустической плотностью хрусталика и его вязкопластическими свойствами (коэффициент корреляции 0,74; рис. 3). Исключение составляют результаты испытаний образца № 9, возможно, обусловленные локализацией помутнений хрусталика в основном в задних слоях.
Для наглядности на рис. 4 представлены графики, отражающие вязкопластические свойства условно "мягкого" и "жесткого" хрусталиков по данным ультразвукового пространственного исследования (АП 8,85 и 27,65 у. е. соответственно).
Полученные в эксперименте результаты позволяют сделать вывод о принципиальной возможности применения разработанного испытательного стенда для исследования вязкопластических свойств биологических тканей. В ближайшей перспективе в различных вариантах планируется изучение указанных свойств роговицы.
Статья из журнала: