Нитинолдың биоүйлесімділігі - Nitinol biocompatibility

Нитинолдың биоүйлесімділігі биомедициналық қосымшалардың маңызды факторы болып табылады. Нитинол (NiTi), ол легирлеу арқылы пайда болады никель және титан (~ 50% Ni), a жад қорытпасын пішіндеу бірге суперластикалық сүйектерге ұқсас қасиеттер,[түсіндіру қажет ] салыстырған кезде тот баспайтын болат, тағы біреуі жиі қолданылады биоматериал. Нитинолды қолданатын биомедициналық қосымшаларға кіреді стенттер, жүрек клапанының құралдары, сүйек якорьлері, қапсырмалар, перде ақауы құрылғылар мен имплантанттар. Бұл көбінесе стенттік технологияны дамытуда қолданылатын биоматериал.

Комбинациясы бар металл имплантанттар биологиялық үйлесімді металдар немесе басқа биоматериалдармен бірге қолданылатын көптеген импланттар типтері үшін стандарт болып саналады. Пассивация - бұл имплантант-корпус интерфейсінен коррозиялық имплант элементтерін алып тастайтын және имплантант бетінде оксид қабатын құрайтын процесс. Процесс биоматериалдарды биологиялық үйлесімді ету үшін маңызды.

Жалпы пассивтендіру әдістеріне шолу

Денеге материалдар енгізілген кезде материалдың денеге зиян тигізбеуі ғана емес, сонымен бірге дененің қоршаған ортасы имплантатқа зиян тигізбеуі керек.[1] Осы өзара әрекеттесу нәтижесінде пайда болатын жағымсыз әсерлердің алдын алатын бір әдіс деп аталады пассивтілік.

Тұтастай алғанда, пассивтеу - бұл материалдың қоршаған орта әсерінен зақымданудан қорғалуы мүмкін болатындай етіп, материалдардың беткі қабатында реактивті емес қабат түзетін процесс деп саналады. Пассивтенуді көптеген механизмдер арқылы жүзеге асыруға болады. Пассивті қабаттарды полимерлі егу арқылы моноқабаттарды құрастыру арқылы жасауға болады. Жиі коррозиядан қорғау үшін пассивті қабаттар жер бетінде оксид немесе нитрид қабаттарының түзілуі арқылы жасалады.

TiO2 Бірлік жасушасының құрылымы

Оксидті пленкалар

Пассивтену көбінесе кейбір металдарда титан сияқты пайда болады, метал көбінесе ан түзеді оксид қабаты көбінесе TiO-дан тұрады2. Бұл процесс өздігінен пайда болады қалыптастыру энтальпиясы TiO2 теріс. Қорытпаларда, мысалы, нитинолда, оксид қабатының түзілуі коррозиядан қорғап қана қоймайды, сонымен қатар материалдың бетінен Ni атомдарын алып тастайды. Материалдардың бетінен белгілі бір элементтерді алып тастау - бұл пассивтенудің тағы бір түрі. Нитинолда Ni-ді кетіру маңызды, өйткені Ni ағзаға сіңіп кетсе улы болып табылады.[2] Тот баспайтын болат әдетте темірді қышқылдар мен жылуды қолдану арқылы темірден шығарып тастайды. Әдетте азот қышқылы коррозиядан қорғайтын материалдар бетінде жұқа оксидті қабыршақ жасау үшін жұмсақ тотықтырғыш ретінде қолданылады.[3]]]

Электролиздеу

Пассивтенудің тағы бір түрі жылтыратуды қамтиды. Механикалық жылтырату коррозияға ықпал етуі мүмкін көптеген беттік қоспалар мен кристалл құрылымының үзілуін жояды. Электролиздеу одан да тиімді, өйткені ол механикалық жылтырататын сызаттар қалдырмайды. Электрополяция жасау арқылы жүзеге асырылады электрохимиялық жасушалар Мұнда қызығушылық материалы ретінде қолданылады анод. Беткі қабаттар белгілі бір нүктелер басқаларға қарағанда жоғары болатын кескінді қасиеттерге ие болады. Бұл ұяшықта ток тығыздығы жоғары нүктелерде жоғары болады және сол нүктелер төменгі нүктелерге қарағанда жоғары жылдамдықпен ериді, осылайша бетті тегістейді. Кристалл торлы қоспалар сонымен қатар жойылады, өйткені ток жоғары энергиялы қоспаларды бетінен еруіне мәжбүр етеді.[4]

Қаптамалар

Пассивтеудің тағы бір жиі қолданылатын әдісі материалды полимерлі қабаттармен жабу арқылы жүзеге асырылады. Қабаттар полиуретан биоүйлесімділікті жақсарту үшін қолданылған, бірақ жетістіктері шектеулі. Биологиялық ұқсас молекулалармен материалдарды жабу әлдеқайда жақсы жетістіктерге қол жеткізді. Мысалға, фосфорилхолин беті өзгертілген стенттерде тромбогендік белсенділіктің төмендеуі байқалды. Пассивтеу - бұл биомедициналық қосымшаларды зерттеудің өте маңызды бағыты, өйткені дене материалдар мен материалдардың қатал ортасы болып табылады, сілтілендіру және коррозия арқылы ағзаны зақымдауы мүмкін. Жоғарыда аталған барлық пассивтендіру әдістері ең үйлесімді импланттарды алу үшін нитинол биоматериалдарын жасауда қолданылған.[5]

Биологиялық үйлесімділікке беттік пассивтенудің әсері

Беткі пассивтеу әдістері нитинолдың коррозияға төзімділігін едәуір арттыра алады. Нитинолдың қажетті серпімді және пішінді есте сақтау қасиеттеріне ие болу үшін термиялық өңдеу қажет. Термиялық өңдеуден кейін беткі оксид қабатында NiO түрінде никельдің үлкен концентрациясы болады2 және NiO. Никельдің бұл өсуі температураның жоғарылауы кезінде никельдің негізгі материалдан және беткі қабатқа диффузиялануымен түсіндіріледі. Беттік сипаттама әдістері кейбір пассивті процедуралар NiO концентрациясын төмендететіндігін көрсетті2 және NiO беткі қабат ішінде, неғұрлым тұрақты TiO концентрациясы жоғары болады2 шикі, термиялық өңделген нитинолға қарағанда.[6]

Нитинолдың үстіңгі қабатындағы никель концентрациясының төмендеуі коррозияға төзімділіктің үлкен болуымен байланысты. A потенциодинамикалық тест материалдың коррозияға төзімділігін өлшеу үшін әдетте қолданылады. Бұл тест материалды коррозиялай бастайтын электрлік әлеуетті анықтайды. Өлшеу шұңқыр немесе деп аталады бұзылу әлеуеті. Азот қышқылы ерітіндісінде пассивтенгеннен кейін, нитинол стентінің компоненттері ыдыратылғанға қарағанда айтарлықтай жоғары ыдырау потенциалын көрсетті.[6] Шындығында, Нитинолдың ыдырау потенциалын едәуір арттыра алатын көптеген беткі емдеу түрлері бар. Бұл процедураларға механикалық жылтырату, электротехникалық жылтырату және химиялық өңдеулер кіреді, мысалы, азот оксидін батыру, шикі беткі оксид қабатын ойып түсіру және жер бетіне жақын үйінді материалдарды бөлшектеу үшін маринадтау.

Тромбогендік, материалдың тромб түзілуіне бейімділігі, қанмен байланысқа түсетін кез-келген биоматериалдың биосәйкестігін анықтайтын маңызды фактор. Екі ақуыз бар, фибриноген және альбумин, қанмен жанасқан бөтен зат бетіне алғашқы адсорбцияланады. Фибриноген жоғары энергиямен әрекеттесетіндіктен, ақуыз құрылымының бұзылуынан тромбоциттердің активтенуіне әкелуі мүмкін деген болжам бар. астық шекаралары белгілі бір беттерде. Альбумин, екінші жағынан, тромбоциттердің активтенуін тежейді. Бұл тромбогенділікті төмендетуге көмектесетін екі механизм бар екенін білдіреді аморфты фибриногенмен түйіршіктің өзара әрекеттесуі болмайтын беткі қабат, ал фибриногенге қарағанда альбуминге жақындығы жоғары бет.


Тромбогендік басқа биоматериалдардың жарамдылығын анықтауда маңызды болатыны сияқты, стент материалы ретінде Нитинолмен бірдей маңызды. Қазіргі уақытта стенттер салынған кезде науқас қабылдайды антиагрегант стенттің жанында тромб пайда болуын болдырмау мақсатында бір жыл немесе одан да көп терапия. Дәрілік терапия тоқтаған уақытқа дейін, ең дұрысы, қабаты эндотелий жасушалары қан тамырларының ішіндегі сызық стенттің сыртын жауып тастайды. Стент қоршаған тіндерге тиімді енеді және қанмен тікелей байланыста болмайды. Беткейлік емдеу әдістерін қолданып, антиагрегантты терапияға деген қажеттілікті азайту мақсатында био үйлесімді және аз тромбогенді стенттер жасауға тырысты. Никель концентрациясы жоғары беткі қабаттар альбуминнің никельге жақындығына байланысты аз коагуляцияны тудырады. Бұл коррозияға төзімділікті арттыратын беткі қабат сипаттамаларына қарама-қарсы. In vitro тестілер тромбоциттер сияқты тромбоз индикаторларын қолданады, Тирозинаминотрансфераза, және β-TG деңгейлері. Іn vitro-да тромбогенділікті төмендеткен беттік өңдеу:

  • Электролиздеу
  • Құмды үрлеу
  • Полиуретанды жабындар
  • Алюминий жабыны[7]

Зерттеудің тағы бір бағыты гепарин сияқты әртүрлі фармацевтикалық агенттерді стенттің бетімен байланыстыруды қамтиды. Мыналар есірткіден тазартатын стенттер тромбогенділікті одан әрі төмендетуге және коррозияға төзімділікке зиян келтірмеуге уәде беру.

Дәнекерлеу

Микро лазерлік дәнекерлеудің жаңа жетістіктері нитинолмен жасалған медициналық құрылғылардың сапасын едәуір жақсартты.

Ескертулер

Нитинол айрықша биоүйлесімділігіне, әсіресе коррозияға төзімділігі мен тромбогенділігіне байланысты медициналық мақсаттағы бұйымдарда қолдану үшін маңызды қорытпа болып табылады. Коррозияға төзімділік бетінде өте аз ақаулар мен қоспаларсыз біркелкі титан диоксиді қабатын шығаратын әдістер арқылы күшейтіледі. Құрамында никель бар нитинол беттерінде тромбогендік төмендейді, сондықтан беткі қабатта никель оксидтерін ұстап тұратын процестер пайдалы. Сондай-ақ, жабындарды қолдану биоүйлесімділікті айтарлықтай жақсартады.

Имплантацияланған қондырғылар материалдың бетімен жанасатын болғандықтан, жер үсті ғылымы биоүйлесімділікті арттыруға бағытталған зерттеулерде және жаңа биоматериалдарды дамытуда ажырамас рөл атқарады. Имплантат материалы ретінде нитинолдың дамуы мен жетілдірілуі, оксид қабатын сипаттаудан және жақсартудан бастап, дамушы жабындарға дейін, негізінен жер үсті ғылымына негізделген.

Жақсырақ, биологиялық үйлесімді жабындарды шығару бойынша зерттеулер жүргізілуде. Бұл зерттеу бөтен дененің реакциясын одан әрі төмендету үшін биологиялық материалға өте ұқсас жабынды өндіруді қамтиды. Биокомпозиттік құрамында нитинол, сондай-ақ көптеген басқа биоматериалдар бар жасушалар немесе ақуыз жабыны бар жабындар зерттелуде.[8]

Ағымдағы зерттеулер / әрі қарай оқу

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Имплантанттардың биосәйкестілігі http://www.corrosion-doctors.org/Implants/biocompatib.htm
  2. ^ Шабаловская С.А. Имплантат материалы ретіндегі нитинолдың беткі, коррозиялы және био-үйлесімді аспектілері. Bio-Med Mater Engin. 2002; 12: 69-109.
  3. ^ «Тот баспайтын болаттың пассивтілігі», http://www.iftworldwide.com/white_paper/passivation.pdf
  4. ^ «Электрополяция процесінің негіздері», http://www.harrisonep.com/services/electropolishing/default.html
  5. ^ Thierry B, Winnik FM, Merhi Y, Silver J, Tabrizian M. Полиэлектролитті көп қабатты эндоваскулярлық стенттің биоактивті жабыны. Биомакромолекулалар. 2003; 4: 1564-1571.
  6. ^ а б О'Брайен Б, Кэрролл В.М., Келли МДж. Тамырлы имплантацияға арналған нитинол сымының пассивтілігі оның артықшылықтарын көрсетеді. Биоматериалдар. 2002; 23: 1739-1748.
  7. ^ Tepe G, Schmehl J, Wendel HP, Schaffner S, Heller S, Gianotti M, Claussen CD, Duda SH. Нитинол стенттерінің төмендеген тромбогенділігі - әртүрлі модификациялар мен жабындарды in vitro бағалау. Биоматериалдар. 2006; 27: 643-650.
  8. ^ Brassack, I. Bottcher, H. Hempel, U. «Модификацияланған кремнеземді-ақуызды композициялық қабаттардың биосәйкестігі». Sol-Gel Science and Technology журналы. Желтоқсан, 2000. т. 19, 1-3 мәселелер.