Упругие и гиперупругие свойства ногтевой пластины человека

Введение. Как известно, изменения ногтя как придатка кожи могут быть обусловлены генетически, вызваны травмами, заболеваниями, приемом лекарств или воздействием вредных веществ. Установка частичных или полных протезов может потребоваться при любых формах нарушения роста ногтевой платины (ониходистрофии). Протезирование может выступать как средство маскировки ногтевых аномалий. Во всех этих случаях необходимы знания механических свойств как замещающих материалов, так и самой ногтевой платины. Однако последние изучены неполно, отсутствуют детальные знания об упругих и гиперупругих характеристиках биоматериала.

Цель исследования. Механические свойства ногтевой пластины (НП) человека сопоставлены с упругими и гиперупругими моделями (ГУМ) механики сплошных сред (больших деформаций).

Методы. Использовали опытные σ-ε кривые, полученные из данных литературы. Применяли систему компьютерной алгебры Mathcad 15.0 и многофункциональный пакет конечно-элементного анализа ANSYS 2022 R2.

Результаты. Рассчитаны параметры линейной и 6 ГУМ и определены их соответствие исходным данным. Среди ГУМ для описания механических свойств НП лучше всего подходят 5-параметрическая модель Муни–Ривлина и полиномиальная модель 2-го порядка. Эти модели имеют наибольший коэффициент корреляции R=0,98 и следующие статистические показатели SD=0,005 ГПа, δ_max=0,011 ГПа, δ=12,93%. Наибольшие расхождения опытных и модельных данных продемонстрировали модель Огдена НП 1-го порядка (R=0,84) и самая простая из гиперупругих неогуковская модель (R=0,86). Исследована устойчивость гиперупругих моделей (знак dσ/dε) при малых деформациях.

Заключение. Полученные результаты могут быть полезны для специалистов-подологов, занимающихся разработкой методов восстановления НП с помощью искусственных замещающих материалов и рекомендуются для применения в тканевой инженерии ногтя.