Name: Szybkie formowanie i testowanie samorozprężalnych ramek NiTi o małej obudowie, odpowiednich do implantów małoinwazyjnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-07T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 48 s
Description: Poznaj technikę formowania samorozprężalnych ramek NiTi z użyciem szablonów pośrednich dla implantów małoinwazyjnych. Metoda umożliwia szybką iterację prototypów i testowanie zdolności samorozprężania w inżynierii biomedycznej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Badania opisane w tej publikacji były wspierane przez Narodowy Instytut Obrazowania Biomedycznego i Bioinżynierii Narodowych Instytutów Zdrowia w ramach nagrody numer R21EB030654. Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i nie muszą one reprezentować oficjalnych poglądów National Institutes of Health. S. Alaie i J. Mata dziękują również Wydziałowi Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej oraz Wyższej Szkole Inżynierii Uniwersytetu Stanowego Nowego Meksyku za ich wsparcie. Autorzy dziękują Oscarowi Larze i Angelowi de Jesus Zuniga Ramirezowi za ich wkład w stworzenie rysunku 2 i redakcję odniesień. Autorzy dziękują również Andrei Gonzalezowi Martinezowi i Jesusowi Armando Gilowi Parrze za ich wkład w demonstracje wideo.

UWAGA: Zapoznaj się z Tabelą materiałów , aby uzyskać szczegółowe informacje dotyczące wszystkich materiałów użytych w tym protokole. Rysunek 1A przedstawia przykładową ramę miedzianą/NiTi. Używaj rękawic ochronnych.
1. Iteracja projektu ramy/prototypu NiTi
<ol>
	<li>Wyrównaj drut NiTi wewnątrz rur miedzianych (lub rurek mosiężnych; Rysunek 2A).<ol>
		<li>Wybierz drut NiTi (0,008 cala) i rurkę miedzianą (średnica zewnętrzna 1,00 mm x 400 mm).</li>
		<li>Włącz stereoskop i wizualnie spójrz na NiTi na monitorze i miedź podczas manipulowania nimi. Wyrównaj drut wewnątrz rurki. Wsuń drut całkowicie do rury.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj osprzęt wydrukowany w 3D (rysunek 2B-D).<ol>
		<li>Pobierz jeden plik . Plik STL dla urządzenia/szablonu (https://osf.io/54rm3/files/osfstorage). UWAGA: Dla niektórych . Przykłady plików STL, zobacz to repozytorium (https://osf.io/54rm3/files/osfstorage).</li>
		<li>Jeśli potrzebna jest jakakolwiek regulacja, pobierz plik . SDLRD z tego samego repozytorium, wprowadź poprawki projektowe w odpowiednim oprogramowaniu CAD, a następnie wyeksportuj go jako plik . Plik STL. Alternatywnie można utworzyć model w oprogramowaniu CAD typu open source i wyeksportować plik . Plik STL. UWAGA: Dla niektórych . SDLRD lub . Przykłady projektów FCSTD, zobacz to repozytorium (https://osf.io/54rm3/files/osfstorage).</li>
		<li>Otwórz oprogramowanie do krojenia (np. Elegoo Cura) i zaimportuj plik . Plik STL. Wybierz obiekt, który ma zostać wydrukowany w 3D, i kliknij u dołu panelu plasterków. Zapisz plik. gcode i zapisz go na karcie micro-SD. Wyciągnij kartę micro-SD.</li>
		<li>Włącz drukarkę 3d FDM. Włóż kartę micro-SD. Na ekranie wybierz przygotuj | podgrzej | ChALW. Wybierz wstecz | drukuj. Wybierz plik .gcode, a następnie dotknij drukuj.</li>
		<li>Pozostaw maszynę do wydrukowania części w 3D.</li>
		<li>Po zakończeniu drukowania 3D usuń wydrukowaną część i odetnij dowolną część nośną za pomocą szczypiec.</li>
		<li>Spiłuj część, w której znajdują się grube krawędzie, i zaznacz markerem obszary do wiercenia.</li>
		<li>Wywierć otwory w geometrii wydrukowanej w 3D za pomocą wiertarki ręcznej (Rysunek 2B). UWAGA: Używaj rękawic ochronnych i okularów ochronnych.</li>
		<li>Przełóż przez otwory części wydrukowanej w 3D za pomocą śrubokręta (Rysunek 2C).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Uformuj strukturę 3D Cu/NiTi za pomocą uchwytu i narzędzi ręcznych. Przełóż drut przez otwory i zegnij go krok po kroku nad. W razie potrzeby zegnij drut za pomocą narzędzi ręcznych (Rysunek 2D,E).<ol>
		<li>Przytrzymaj NiTi/Cu i przepuść go przez środkowy otwór. Następnie złóż/zegnij rurkę Cu za pomocą pęsety lub szczypiec wokół wszystkich, aby uzyskać pożądany kształt (Rysunek 2E).</li>
		<li>Odkręć. Podgrzej, aby zmiękczyć wydrukowane w 3D urządzenie (z kroku 1.2) za pomocą pistoletu lutowniczego.</li>
		<li>Użyj nożyczek, aby wyciąć część wydrukowaną w 3D. Usuń niechcianą część 3D za pomocą pęsety lub szczypiec (Rysunek 2F).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Poddaj obróbce cieplnej strukturę/ramę NiTi/Cu (rysunek 2G).<ol>
		<li>Włącz rurę pieca i monitoruj temperaturę za pomocą termopary. Gdy temperatura osiągnie 500 °C, umieść ramkę Cu/NiTi w piecu na 3 minuty. UWAGA: Używaj rękawic wysokotemperaturowych, fartucha laboratoryjnego i osłony twarzy.</li>
		<li>Monitoruj temperaturę za pomocą termopar typu K, umieszczając termometr w piecu rurowym.</li>
		<li>Po 3 minutach wyjmij ramkę NiTi/Cu za pomocą haka (Rysunek 2H) i schładzaj ją w wodzie destylowanej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytrawić protektorowe rurki miedziane (Rysunek 2I).<ol>
		<li>Zważ nadsiarczan amonu na wadze. Zważ również wodę w szklanym pojemniku. Wymieszaj je tak, aby masa nadsiarczanu amonu wynosiła 23% masy wody. UWAGA: Wykonaj ten proces wewnątrz dygestoria i użyj fartucha laboratoryjnego, szkła ochronnego i rękawic ochronnych.</li>
		<li>Dodaj nadsiarczan amonu, aby uzyskać 23% stosunek wagowy (nadsiarczan amonu do wody). Mieszać roztwór za pomocą szklanego mieszadła, aż do rozpuszczenia nadsiarczanu amonu. UWAGA: Wykonaj ten proces wewnątrz dygestoria i użyj fartucha laboratoryjnego, szkła ochronnego i rękawic ochronnych.</li>
		<li>Zanurz ramki NiTi/Cu z kroku 1.3 w roztworze na ~8 godzin, aby wytrawić miedź (Rysunek 2I). UWAGA: Wykonaj ten proces wewnątrz dygestorium i załóż fartuch laboratoryjny, szkło ochronne i rękawice ochronne.</li>
		<li>Monitoruj wizualnie trawienie miedzi. Jeśli nie są całkowicie wytrawione, wyrzuć wytrawiacz, wyjmij świeży wytrawiacz (patrz kroki 1.5.1 i 1.5.2) i wlej świeży do pojemnika.</li>
		<li>Jeśli miedź jest całkowicie wytrawiona, wyjmij ją za pomocą pęsety (Rysunek 2J) i umyj zwolnioną ramkę NiTi w wodzie destylowanej, trzykrotnie ją płukając. Patrz rysunek 1B , aby zapoznać się z example zwolnionej ramy NiTi po wykonaniu tych czynności.</li>
		<li>Włącz mikroskop. Umieść drut NiTi pod mikroskopem; Poszukaj niepożądanych krzywizn lub wymiarów.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przykrycie boków ramy foliami lub tkaniną
<ol>
	<li>Odwirować aromatyczny elastomer poliuretanowy (alternatywą jest uretan poliwęglanowy, patrz Tabela materiałów; pełny protokół znajduje się w innym miejscu6).<ol>
		<li>Umieść 4-calową płytkę krzemową w maszynie do plazmy tlenowej i poddaj ją obróbce plazmowej przez 2 minuty. Następnie wyjmij wafel.</li>
		<li>Otworzyć eksykator próżniowy i wlać kilka kropli silanu (C, 8, H, 4, Cl,3, F,13Si; patrz Tabela Materiałów) do plastikowego pojemnika w eksykatorze.</li>
		<li>Umieścić wafel w eksykatorze, zamknąć pokrywę i zastosować podciśnienie do eksykatora.</li>
		<li>Zamknij zawór eksykatora i wyłącz pompę próżniową.</li>
		<li>Pozostawić eksykator na 2 godziny, a następnie wyjąć płytkę krzemową.</li>
		<li>Umieść wafel na powlekarce wirowej, wyśrodkuj go i wlej na jego środek trochę aromatycznego lub alifatycznego elastomeru poliuretanowego rozpuszczonego w DMAc (patrz Tabela Materiałów).</li>
		<li>Przędzić wafel; Następnie wyjmij wafel i umieść go w piekarniku o temperaturze 80 °C na 2 godziny, pod wyciągiem.</li>
		<li>Po 2 godzinach wyjmij wafel i odklej utwardzony film za pomocą pęsety (w razie potrzeby użyj palców).</li>
		<li>Obraną folię pokrój na mniejsze kawałki za pomocą nożyczek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Prasowanie na gorąco aromatycznych folii z elastomeru poliuretanowego na ramach NiTi.<ol>
		<li>Zaprojektuj przekładkę do procedury obróbki cieplnej.</li>
		<li>Użyj zastrzeżonego lub otwartego oprogramowania CAD, aby zaprojektować odstęp, wyeksportuj plik . STL w środowisku i pokrój obiekt, aby utworzyć pliki gcode (patrz krok 1.2.3). Alternatywnie można pobrać i skorzystać z dostarczonego projektu elementu dystansowego (https://osf.io/54rm3/files/osfstorage).</li>
		<li>Rozpocznij drukowanie 3D przekładki, otwierając plik . plik STL podczas krojenia oprogramowania (np. CHITUBOX), Alternatywnie postępuj zgodnie z krokami drukowania 3D w 1.2.4, 1.2.5 zamiast 2.2.4, 2.2.5 i 2.2.6. UWAGA: Przekładka wykonana w ostatnich krokach będzie miała dłuższą trwałość.</li>
		<li>Wybierz obiekt, który chcesz wydrukować w 3D, kliknij panel plasterków i zapisz plik w pliku . w formacie CBT na pamięci USB.</li>
		<li>Włóż pamięć USB do drukarki 3D SLA, wlej żywicę fotopolimerową do pojemnika drukarki 3D, włącz drukarkę 3D, wybierz druk i naciśnij znak trójkąta, aby rozpocząć proces drukowania 3D.</li>
		<li>Po zakończeniu procesu drukowania 3D zdejmij przekładkę ze stołu roboczego, umieść ją na 10 minut w systemie UV LED, a następnie umyj ją w wodzie i przechowuj do kolejnych kroków.</li>
		<li>Otwórz prasę termiczną.</li>
		<li>Laminowanie folii z elastomeru poliuretanowego na przekładce (rysunek 2K) i umieszczenie drutu/ramy NiTi wokół przekładki i na wierzchu folii. Laminowanie drugiej warstwy folii na drucie. Ustaw temperaturę na 240 ° F (w razie potrzeby dodaj dodatkowe warstwy elastomerów między dwiema warstwami lub między poliuretanem a przekładką, aby uniknąć przywierania).</li>
		<li>Zamknij górną część prasy i zablokuj ją; poczekaj 60 s.</li>
		<li>Powtórz ten sam proces prasowania ciepła po drugiej stronie ramy drucianej NiTi i przekładki.</li>
		<li>Wytnij dodatkowe części klejonej folii nożyczkami (Rysunek 2L).</li>
		<li>Jako alternatywę dla klejenia materiałów termoplastycznych, przykryj ramę drucianą NiTi poprzez zszycie tkanin PET. UWAGA: Rysunek 3 przedstawia ramę pokrytą warstwami polimeru hemokompatybilnego. W tym przypadku warstwy zawierają dodatkową warstwę polidimetylosiloksanu z mikrowzorem, która jest umieszczona między nimi.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Testowanie wdrożenia ramki
<ol>
	<li>Trzymaj ręcznie cewnik FR 12 (ryc. 4A) i przepuść go przez rozszerzacz i igłę (ryc. 4B, C).</li>
	<li>Przymocuj silikonowy element do uchwytu (Rysunek 4E).</li>
	<li>Za pomocą igły i rozszerzacza utwórz otwór w silikonowym elemencie (Rysunek 4E).</li>
	<li>Stopniowo przepuszczaj cewnik przez otwór (ryc. 4F) i wycofaj rozszerzacz i igłę.</li>
	<li>Złóż ramkę NiTi i przepchnij ją przez bliższy koniec cewnika (Rysunek 4G).</li>
	<li>Popchnij ramkę w kierunku dystalnego końca cewnika za pomocą pręta z politetrafluoroetylenu (PTFE) (Rysunek 4D).</li>
	<li>Odsuń pierwszy bok ramy NiTi (Rysunek 4I).</li>
	<li>Wsuń łapacz (Rysunek 4H) i usuń drugą stronę ramy NiTi po drugiej stronie gumy silikonowej (Rysunek 5).</li>
	<li>Zbadaj ramę pod mikroskopem, aby sprawdzić, czy nie ma żadnych uszkodzeń lub niepożądanych deformacji.</li>
</ol>

Cost-Effective Shape Setting of NiTi Wires Using Sacrificial Copper Fixtures

<ol><li>Smith, S., Hodgson, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+setting+nitinol%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+of+the+Mater+Process+Med+Devices+Conf%22%5BJournal%5D)">Shape setting nitinol.</a> Proc of the Mater Process Med Devices Conf. , 266-270 (2004).</li>
<li>Kapoor, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitinol+for+medical+applications%3A+A+brief+introduction+to+the+properties+and+processing+of+nickel+titanium+shape+memory+alloys+and+their+use+in+stents%5BTitle%5D)+AND+%22Johnson+Matthey+Tech+Rev%22%5BJournal%5D)">Nitinol for medical applications: A brief introduction to the properties and processing of nickel titanium shape memory alloys and their use in stents.</a> Johnson Matthey Tech Rev. 61 (1), 66-76 (2017).</li>
<li>Viscuso, S., Gualandris, S., De Ceglia, G., Visentin, V. Shape memory alloys for space applications. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aViscuso%2C+S+%22Shape+Mem+Alloy+Eng%22">Shape Mem Alloy Eng</a>. , Elsevier. 609-623 (2021).</li>
<li>Liu, X., Wang, Y., Yang, D., Qi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+ageing+treatment+on+shape-setting+and+superelasticity+of+a+nitinol+stent%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Charact%22%5BJournal%5D)">The effect of ageing treatment on shape-setting and superelasticity of a nitinol stent.</a> Mater Charact. 59 (4), 402-406 (2008).</li>
<li>Dulal, H., Swan, T., Al'aref, S. J., Alaie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+prototyping+of+nitinol+wires%2Fframes+using+polymeric+cores+and+sacrificial+fixtures+with+application+in+individualized+frames+anchoring+through+the+atrial+septum%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Low-cost prototyping of nitinol wires/frames using polymeric cores and sacrificial fixtures with application in individualized frames anchoring through the atrial septum.</a> Sci Rep. 13, 21853(2023).</li>
<li>Alaie, S., Robinson, S. S., Amiri Moghadam, A. A., Auge, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+manufacturing+of+patient+specific+occluders+for+the+left+atrial+appendage+with+minimally+invasive+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Eng+Mate%22%5BJournal%5D)">Advanced manufacturing of patient specific occluders for the left atrial appendage with minimally invasive delivery.</a> Adv Eng Mate. 22, 1901074(2020).</li>
<li>Robinson, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patient-specific+design+of+a+soft+occluder+for+the+left+atrial+appendage%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Patient-specific design of a soft occluder for the left atrial appendage.</a> Nat Biomed Eng. 2, 8-16 (2018).</li>
<li>Amiri Moghadam, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+development+of+inflatable+stents+with+application+in+endovascular+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Toward development of inflatable stents with application in endovascular treatments.</a> Adv Funct Mater. 28 (51), 9(2018).</li>
<li>Chen, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChen%2C+Y+%22Design%2C+parameter+optimization+and+in+vitro+evaluation+of+implantable+medical+devices%22">Design, parameter optimization and in vitro evaluation of implantable medical devices</a>. , University of Pittsburgh. (2018).</li>
<li>Bernini, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oversizing+of+self-expanding+nitinol+vascular+stents-a+biomechanical+investigation+in+the+superficial+femoral+artery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Mechanical+Behavior+of+Biomedical+Materials%22%5BJournal%5D)">Oversizing of self-expanding nitinol vascular stents-a biomechanical investigation in the superficial femoral artery.</a> Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 132, 105259(2022).</li>
<li>Bernini, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+finishing+of+n+itinol+for+implantable+medical+devices%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mater+Res+Part+B+Appl+Biomater%22%5BJournal%5D)">Surface finishing of n itinol for implantable medical devices: A review.</a> J Biomed Mater Res Part B Appl Biomater. 110 (12), 2763-2778 (2022).</li>
<li>Funk, K. A., Hampshire, V. A., Schuh, J. C. Nonclinical safety evaluation of medical devices. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFunk%2C+KA+%22Toxicol+Pathol%22">Toxicol Pathol</a>. , CRC Press. 95-152 (2018).</li>
<li>U.S. Food and Drug Administration. Non-clinical engineering tests and recommended labeling for intravascular stents and associated delivery systems - Guidance for industry and FDA staff. U.S. Food and Drug Administration. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/non-clinical-engineering-tests-and-recommended-labeling-intravascular-stents-and-associated-delivery">https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/non-clinical-engineering-tests-and-recommended-labeling-intravascular-stents-and-associated-delivery</a> (2018).</li>
<li>Rokicki, R., Hryniewicz, T., Pulletikurthi, C., Rokosz, K., Munroe, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+better+corrosion+resistance+and+biocompatibility+improvement+of+nitinol+medical+devices%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mat+Eng+Perform%22%5BJournal%5D)">Towards a better corrosion resistance and biocompatibility improvement of nitinol medical devices.</a> J Mat Eng Perform. 24, 1634-1640 (2015).</li>
<li>Hryniewicz, T., Rokicki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+of+nitinol+biomaterial+for+medical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22World+Scientific+News%22%5BJournal%5D)">Modification of nitinol biomaterial for medical applications.</a> World Scientific News. (96), 35-58 (2018).</li>
<li>Handa, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemocompatibility+comparison+of+biomedical+grade+polymers+using+rabbit+thrombogenicity+model+for+preparing+nonthrombogenic+nitric+oxide+releasing+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Chem+B%22%5BJournal%5D)">Hemocompatibility comparison of biomedical grade polymers using rabbit thrombogenicity model for preparing nonthrombogenic nitric oxide releasing surfaces.</a> J Mater Chem B. 2 (8), 1059-1067 (2014).</li>
<li>Li, P., Wang, Y., Meng, F., Cao, L., He, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+heat+treatment+temperature+on+martensitic+transformation+and+superelasticity+of+the+Ti49Ni51+shape+memory+alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">Effect of heat treatment temperature on martensitic transformation and superelasticity of the Ti49Ni51 shape memory alloy.</a> Materials. 12 (19), 2539(2019).</li>
<li>Duerig, T., Pelton, A., Stöckel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+overview+of+nitinol+medical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Mat+Sci+and+Eng%3A+A%22%5BJournal%5D)">An overview of nitinol medical applications.</a> Mat Sci and Eng: A. 273, 149-160 (1999).</li>
<li>Kwok, D., Schulz, M., Hu, T., Chu, C., Chu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+treatments+of+nearly+equiatomic+niti+alloy+%28nitinol%29+for+surgical+implants%2C+biomedical+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Mater+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface treatments of nearly equiatomic niti alloy (nitinol) for surgical implants, biomedical engineering.</a> Trends in Mater Sci. , 269-282 (2011).</li>
<li>Williams, K. R., Gupta, K., Wasilik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Etch+rates+for+micromachining+processing-part+ii.+II%5BTitle%5D)+AND+%22J+of+Microelectromech+Syst%22%5BJournal%5D)">Etch rates for micromachining processing-part ii. II.</a> J of Microelectromech Syst. 12 (6), 761-778 (2003).</li>
<li>Yip, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+and+rapid+shaping+of+nitinol+for+medical+device+prototyping%5BTitle%5D)+AND+%22ASME+Open+J+of+Eng%22%5BJournal%5D)">Low-cost and rapid shaping of nitinol for medical device prototyping.</a> ASME Open J of Eng. 2, 021027(2023).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

W tym protokole wiele etapów wymaga skrupulatnej uwagi, takich jak obróbka cieplna (wyżarzanie), trawienie i projektowanie opraw drukowanych w 3D. Duże wahania temperatury od 500 °C 17 lub czasu wyżarzania NiTi mogą mieć negatywny wpływ na nadelastyczność drutu NiTi i osiągnięcie pożądanych kształtów18. Obróbka cieplna w niedokładnych warunkach (temperatura i czas) może również prowadzić do utraty właściwości superelastycznych19. Proces trawienia wym...

Druty NiTi są szeroko stosowane w implantach medycznych, ale wymagają wstępnego procesu nadawania kształtu podczas produkcji urządzenia1. Z NiTi wykonane są różne urządzenia, w tym rurki cewnikowe, prowadniki, kosze do pobierania kamieni, filtry, igły, pilniki dentystyczne, a także inne narzędzia chirurgiczne2. Biokompatybilność, superelastyczność i odporność na zmęczenie NiTi sprawiają, że nadaje się do tych zastosowań. Dodatkowo ma zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym3.
Zastosowanie NiTi jest ograniczone ze względu na wysoki koszt i złożone procesy potrzebne do nadawania kształtu. W procesie nadawania kształtu, struktury NiTi są tradycyjnie wystawiane na działanie wysokich temperatur (około 500 °C), gdy są zamknięte w oprawie4. Ta podwyższona temperatura, a także naprężenia występujące podczas procesu nadawania kształtu, wymagają oprawy o wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Dlatego typowe oprawy są zwykle wykonane z metali1. W związku z tym stosowanie metalowych uchwytów, które są zwykle obrabiane maszynowo, zwiększa koszty i stanowi wyzwanie dla szybkiego prototypowania i testowania struktur NiTi. Jednym z alternatywnych podejść jest zastosowanie rekonfigurowalnych uchwytów zbudowanych z kołków i płytek1, co upraszcza proces; Proces ten ma jednak ograniczenia w kształtowaniu złożonych geometrii. W związku z tym tani proces nadawania kształtu przy użyciu tanich materiałów i produkcji jest wysoce pożądany w przypadku badań, które wymagają nadających kształt ram NiTi.
Aby zaspokoić potrzebę szybkiego prototypowania NiTi, niedawno wprowadziliśmy protokół wykorzystujący tanie części drukowane 3D i rzemieślniczą produkcję drutów NiTido nadawania kształtu 5. Ta metoda obejmuje oprawy protektorowe o minimalnej masie. Wykazano, że oprawa jest korzystna w zabezpieczaniu drutu NiTi podczas procesów formowania drutu i nabierania kształtu (obróbki cieplnej). Rury miedziane były używane jako materiał dostępny i tani. Działa jako wzmacniające mocowanie protektorowe, a standardowe techniki gięcia drutu mogą być stosowane do nadawania kształtu skomplikowanym konstrukcjom. Zaobserwowano, że mosiężne rurki mogą być używane jako alternatywa. Nadsiarczan amonu został wykorzystany w końcowym etapie do selektywnego trawienia miedzi, po procesie wyżarzania. Ten krok w końcu uwolnił druty NiTi o określonym kształcie. Takie podejście ilustruje innowacyjne zastosowanie struktur protektorowych jako przekładek. Gdy to podejście jest połączone z produkcją addytywną, można osiągnąć wytwarzanie skomplikowanych kształtów.
Test wdrożeniowy in vitro jest jednym z podstawowych testów służących do oceny wykonalności samorozprężającego się prototypowego implantu, zaprojektowanego do wdrożenia za pomocą cewnika. Testy te polegają na ocenie, czy implant samorozprężający się może pomyślnie przejść przez osłonkę/cewnik o wymaganym wymiarze. Takie testy były stosowane w różnych urządzeniach przezcewnikowych lub prototypach implantów; niektóre przykłady obejmują okludery uszka lewego przedsionka 6,7, stenty miękkie8, diverter przepływu NiTi9 i stenty NiTi10. Prace te podkreślają potrzebę opracowania metodologii szybkiego wytwarzania ramek NiTi o złożonej topologii, które mogłyby samoczynnie rozszerzać się przez cewniki, spełniając w ten sposób wstępne wymagania dotyczące implantu przezcewnikowego.
Celem tego artykułu jest nakreślenie opłacalnych i dobrze opracowanych metod produkcji, zapewniając szczegółowy przewodnik krok po kroku przez każdy proces. Koncentruje się na zademonstrowaniu różnych samorozprężalnych ram drucianych NiTi odpowiednich do implantów i analizuje kluczowe aspekty metody potrzebnej do tworzenia złożonych topologii przy użyciu niedrogich i wydajnych technik. Ten artykuł obejmuje testowanie tych ram i wdrażanie ich przez cewnik Fr-12 w konfiguracji stacjonarnej, która symuluje dostarczanie implantu transseptalnego do przegrody przedsionkowej. Test ten jest podobny do testów podstawowych, stosowanych w poprzednich pracach 6,8. Metoda ta wykazała możliwość wdrożenia prototypu samorozprężalnej ramy po przejściu przez cewnik. Ostatecznie metodologia ta może pomóc w ustaleniu, czy określona topologia/konstrukcja ramy NiTi może spełnić wstępne wymagania mechaniczne dotyczące wdrożenia przez określony cewnik.
Podczas gdy praca ta koncentruje się na wytwarzaniu prototypów ram NiTi oraz podstawowej charakterystyce ich topologii i zgodności, różne inne charakterystyki11 i regulacyjne testy bezpieczeństwa12,13 są niezbędne do rozwoju implantów. Niektóre charakterystyki obejmują charakterystykę właściwości powierzchni/chemii14, korozji14, analizy zmęczenia13, hemokompatybilności13 i biokompatybilności15.

<table><tbody><tr><td>304 SS Hypotubes Nazwa ogólna: Igła</td><td>Procesor medyczny Tegra</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wydrukowana w 3D rama do testowania Nazwa ogólna: Filament PLA</td><td>R3D (Język R3D)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Drukowana w 3D część polimerowa do prasy termicznej Nazwa ogólna: Filament PLA</td><td>R3D&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nadsiarczan amonu Nazwa ogólna: Nadsiarczan amonu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chronoflex AR 22% Nazwa ogólna: Poliuretan</td><td>Biomateriały AdvanSource</td><td></td><td>aromatyczny elastomer uretanowy z poliwęglanu&nbsp;</td></tr><tr><td>Elektrody typu wstęga miedziana (1,00 mm x 400 mm) Nazwa ogólna: Rura miedziana</td><td>Materiały eksploatacyjne Holepop edm & Elektrody</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dilator Nazwa ogólna: Dilator</td><td>QOSINA powiedział:</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ecoflex 00-30 Nazwa ogólna: Ecoflex 00-30</td><td>Wygładzanie</td><td></td><td>silikonowy</td></tr><tr><td>Fr 12 lub 13 Cewnik Nazwa ogólna: Osłona</td><td>QOSINA powiedział:</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Drut niklowo-tytanowy (0,008) Nazwa ogólna: Drut NiTi</td><td>Malin Co.&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pręt teflonowy PTFE 1/8" Średnica x 36" Nazwa ogólna: Politetrafluoroetylen&nbsp;</td><td>Pieczęć szterlinga & Dostawa, Inc. (STCC)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tecoflex Nazwa ogólna: Poliuretan termoplastyczny</td><td>Lubrizol powiedział:</td><td></td><td>alifatyczny elastomer poliuretanowy&nbsp;</td></tr><tr><td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-tridekafluoro-n-oktylo)silan Nazwa ogólna: C8H4Cl3F13Si</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dimetyloacetamid (DMAC) Nazwa ogólna: Dimetyloacetamid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SOLIDWORKS Nazwa ogólna: Zastrzeżone oprogramowanie CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; Mes</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FreeCAD Nazwa ogólna: Oprogramowanie CAD typu open source</td><td>freecad.org</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ABS jak żywica fotopolimerowa Nazwa ogólna: Żywica fotopolimerowa</td><td>ELEGOO</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

szybkie formowanie i testowanie samorozprężalnych ramek niti o małej obudowie, odpowiednich do implantów małoinwazyjnych

Rapid Formation and Testing of Self-expanding NiTi Frames with a Small Form Factor Suitable for Minimally Invasive Implants

Druty NiTiNOL (powszechnie określane jako nitinol lub NiTi) charakteryzują się wyjątkową pamięcią kształtu i super elastycznymi właściwościami, podczas gdy nadawanie kształtu jest często kosztownym procesem. Jednym z etapów tego procesu jest obróbka cieplna wymagająca wystawienia na działanie wysokich temperatur w celu nadania kształtu. Tradycyjnie do tego celu wykorzystuje się oprawy metalowe. Jednak koszty ich produkcji mogą być znaczne, co nie jest idealne do iteracji prototypów. Praca ta demonstruje niedawno wprowadzone podejście wykorzystujące oprawy protektorowe wykonane z rur miedzianych, które eliminuje potrzebę stosowania drogich opraw. Te miedziane rury pozwalają na tworzenie złożonych geometrii i stanowią rusztowanie dla różnych faz procesu produkcyjnego. Ponadto nadsiarczan amonu jest używany do selektywnego wytrawiania miedzi, co upraszcza produkcję ramek NiTi. Wyniki tej pracy potwierdzają skuteczność tej techniki i pokazują udane nadawanie kształtu drutom NiTi do ram samorozprężalnych. Metodologia ta toruje drogę do przyszłych badań, pozwalając na szybkie prototypowanie makiet NiTi do różnych zastosowań, zwłaszcza tych w urządzeniach medycznych.

Ramy NiTi zostały ustawione w różnych topologiach przy użyciu tanich uchwytów z tworzywa sztucznego i narzędzi ręcznych (ilustracja 1). W krokach protokołu od 1.1 do 1.4 (rysunek 1A) ramki NiTi/Cu zostały uformowane w złożone topologie. Zgodnie z krokiem protokołu 1.5, Cu został wytrawiony w celu uwolnienia ramek NiTi (rysunek 1B). W tym przypadku oprawa Cu została całkowicie wytrawiona, co pozwoliło na zwolnienie ramy NiTi za pomoc...

Ta praca ilustruje tanią technikę wytwarzania nadających kształt drutów/ramek nitinolowych o małej obudowie przy użyciu osprzętu protektorowego. Technika ta została zademonstrowana do wytwarzania samorozprężalnych ramek przeznaczonych do małoinwazyjnych implantów o skomplikowanych kształtach.

Szybkie formowanie i testowanie samorozprężalnych ramek NiTi o małej obudowie, odpowiednich do implantów małoinwazyjnych

NiTiNOL (commonly referred to as nitinol or NiTi) wires feature exceptional shape memory and super-elastic characteristics, while shape-setting is often a ...

Prototypowanie implantów medycznych z samorozprężalnymi ramkami nitinolowymi obejmuje czasochłonne procesy projektowania i produkcji przed testowaniem. Innowacyjne technologie mogą skrócić ten czas, umożliwiając szybsze projektowanie, produkcję i testowanie prototypów. Tradycyjne technologie najlepiej sprawdzają się w produkcji masowej.Potrzebne są jednak opłacalne techniki do szybkiej iteracji różnych prototypów, zwłaszcza tych wykonanych z nitinolu w początkowej fazie rozwoju implantów. Protokół ten pozwala na szybką iterację ramek nitinolowych i testowanie ich pod kątem podania przezcewnikowego. Pozwala również na ocenę, czy rama lub stent spełnia minimalne wymagania dotyczące samorozprężalnej.Zostało to szczególnie zademonstrowane przy projektowaniu ramek dla implantu, który ma być zakotwiczony w przegrodzie międzyprzedsionkowej przy użyciu 12 znaków francuskich. Nasze laboratorium badawcze opracowuje prototypowe wszczepialne czujniki ciśnienia do zdalnego monitorowania biomarkerów pacjentów z niewydolnością serca. Interesują nas innowacyjne konstrukcje, które nie wykorzystują elektroniki.Wykorzystujemy również zaawansowane technologie produkcyjne i sztuczną inteligencję do projektowania nowatorskich implantów typu proof of concept. Aby rozpocząć, wybierz drut niklowo-tytanowy i rurkę miedzianą. Włącz stereoskop i manipuluj drutem niklowo-tytanowym i rurką miedzianą pokazanymi na monitorze, jednocześnie dokonując ich oględzin.Dopasuj drut wewnątrz rurki i wepchnij go całkowicie do rury. Aby przygotować oprawy drukowane w 3D, pobierz plik STL dla oprawy lub szablonu. Jeśli potrzebne są jakiekolwiek korekty, pobierz plik SDLRD z tego samego repozytorium.Dokonaj korekt projektu w zastrzeżonym oprogramowaniu CAD i wyeksportuj go jako plik STL. Następnie otwórz oprogramowanie do krojenia i zaimportuj plik STL. Wybierz obiekt, który ma zostać wydrukowany w 3D i kliknij panel plasterka.Zapisz plik jako plik G-code i zapisz go na karcie micro SD. Następnie wyciągnij kartę micro SD. Teraz włącz drukarkę 3D FDM i włóż kartę micro SD.Na ekranie wybierz Przygotuj, a następnie Rozgrzej i wybierz PLA. Następnie wybierz opcję Wstecz i drukuj. Wybierz plik G-code i dotknij opcji Drukuj.Poczekaj, aż maszyna wydrukuje część w 3D. Po zakończeniu drukowania 3D usuń wydrukowaną część i za pomocą szczypiec wytnij wszelkie konstrukcje wsporcze. Następnie spiłuj część, w której występują grube krawędzie.I markerem zaznacz obszary do wiercenia. Za pomocą wiertarki ręcznej wywierć otwory w geometrii wydrukowanej w 3D. Przełóż przez otwory części wydrukowanej w 3D za pomocą śrubokręta.Teraz przytrzymaj ramę niklowo-tytanową i miedzianą i przełóż ją przez środkowy otwór. Za pomocą pęsety lub szczypiec złóż lub zegnij miedzianą rurkę wokół wszystkich, aby uzyskać pożądany kształt. Następnie odkręć.Za pomocą pistoletu lutowniczego podgrzej wydrukowane w 3D urządzenie, aby je zmiękczyć. Następnie użyj pęsety lub szczypiec, aby usunąć niechciane części. Następnie włącz rurę pieca i monitoruj temperaturę za pomocą Thermocable.Gdy temperatura osiągnie 500 stopni Celsjusza, umieść ramę miedzianą i niklowo-tytanową w piecu na trzy minuty. Następnie za pomocą haka wyjmij ramę niklowo-tytanową i miedzianą i zahartuj ją w wodzie destylowanej. Aby wytrawić miedź, zanurz ramki niklowo-tytanowe i miedziane w roztworze nadsiarczanu amonu na około osiem godzin.Gdy miedź zostanie całkowicie wytrawiona, użyj pęsety, aby zdjąć ramkę i trzykrotnie opłucz uwolnioną ramkę niklowo-tytanową w wodzie destylowanej. Następnie włącz mikroskop i umieść pod nim drut niklowo-tytanowy, aby sprawdzić, czy nie ma niepożądanych krzywizn lub wymiarów. Zacznij od zaprojektowania i wydrukowania ramy niklowo-tytanowej do implantów małoinwazyjnych.Aby zakryć boki ramy W przypadku folii termoplastycznych otwórz prasę termiczną i zalaminuj folię z elastomeru poliuretanowego na przekładce za pomocą folii fluoropolimerowej, aby uniknąć przywierania poliuretanu do przekładki. Umieść drut lub ramkę niklowo-tytanową wokół przekładki i na wierzchu folii. Następnie zalaminuj drugą folię poliuretanową i kolejną warstwę folii fluoropolimerowej.Ustaw temperaturę na 240 stopni Fahrenheita. Następnie zamknij górną część prasy, zablokuj ją i odczekaj 60 sekund. Na koniec odetnij dodatkowe części klejonej folii nożyczkami.Na początek zaprojektuj ramę niklowo-tytanową i przykryj boki elastomerem kompatybilnym z hemokompatybilnym. Trzymaj ręcznie francuski cewnik 12 i przepuść go przez rozszerzacz i igłę. Następnie przymocuj silikonowy element do uchwytu.Za pomocą igły i rozszerzacza utwórz otwór w silikonowym kawałku. Następnie stopniowo przeprowadź cewnik przez otwór i wycofaj rozszerzacz i igłę. Złóż ramkę niklowo-tytanową i przepchnij ją przez bliższy koniec cewnika.Za pomocą pręta z politetrafluoroetylenu popchnij ramkę w kierunku dystalnego końca cewnika, a następnie usuń pierwszą stronę ramy. Teraz wycofaj cewnik i usuń drugą stronę ramy niklowo-tytanowej po drugiej stronie gumy silikonowej. Następnie zbadaj ramę pod mikroskopem, aby sprawdzić, czy nie ma żadnych uszkodzeń lub niepożądanych deformacji.

rapid-formation-testing-self-expanding-niti-frames-with-small-form

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W tym filmie zademonstrujemy techniki modyfikacji porowatych metalowych implantów w celu poprawy ich funkcjonalności i kontroli migracji komórek. Techniki obejmują opracowywanie gradientów porów w celu kontrolowania ruchu komórek w 3D oraz wytwarzanie naśladowców błony podstawnej w celu kontrolowania ruchu komórek w 2D. Opisano również opartą na HPLC metodę monitorowania integracji implantów in vivo poprzez analizę białek krwi.

Wieloskalowa modyfikacja implantów metalowych z gradientami porów, polielektrolitami i ich pośrednie monitorowanie in vivo

Wprowadzenie elastycznych sond mikroelektrod neuronowych jest możliwe dzięki dołączeniu sond do sztywnych usztywnień z glikolem polietylenowym (PEG). Unikalny proces montażu zapewnia jednolite i powtarzalne mocowanie. Po wprowadzeniu do tkanki PEG rozpuszcza się, a usztywnienie jest ekstrahowane. Metoda badawcza in vitro ocenia technikę w żelu agarozowym.

Wprowadzanie elastycznych sond neuronowych za pomocą sztywnych usztywnień przymocowanych za pomocą biorozpuszczalnego kleju

Przedstawiono ulepszoną metodę mechanicznego testowania zakotwiczenia kości na powierzchniach potencjalnych implantów. Metoda ta pozwala na wyrównanie siły rozrywającej dokładnie prostopadle lub równolegle do płaszczyzny powierzchni implantu i zapewnia dokładny sposób kierowania sił zakłócających na dokładny obszar wokół implantu.

Ulepszona metoda badań mechanicznych do oceny zakotwiczenia implantu kostnego

Opracowaliśmy metodę taniego i szybkiego prototypowania urządzeń do formowania wtryskowego płynnego elastomeru, używając drukarek 3D do modelowania osadzania topionego do projektowania form i zmodyfikowanego eksykatora jako systemu wtrysku cieczy.

Szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3D form do formowania wtryskowego cieczy

Bioaktywne i mechanicznie niezawodne rusztowania metalowe zostały wyprodukowane metodą składającą się z dwóch procesów, dynamicznego odlewania zamrażalnego w celu wytworzenia porowatego Ti oraz powlekania i zagęszczenia rusztowań Ti. Proces zagęszczania jest prosty, skuteczny i ma zastosowanie do wytwarzania rusztowań o stopniu funkcjonalnym.

Produkcja mechanicznie przestrajalnych i bioaktywnych rusztowań metalowych do zastosowań biomedycznych

W protokole prezentujemy metodę wytwarzania stent-graftu małego kalibru poprzez umieszczenie stentu z możliwością rozbudowy balonu pomiędzy dwiema elektroprzędzonymi warstwami nanofibrowego poliuretanu.

Wytwarzanie stentgraftów małego kalibru przy użyciu elektroprzędzenia i stentów z gołego metalu rozprężalnych balonem

Za pomocą drukarki 3D, filament polimerowy z pamięcią kształtu jest wytłaczany w celu utworzenia rozgałęzionej struktury rurowej. Struktura jest wzorzysta i ukształtowana w taki sposób, że po złożeniu może skurczyć się do zwartej formy, a następnie powrócić do uformowanego kształtu po podgrzaniu.

Drukowane w 4D rozwidlone stenty ze strukturami inspirowanymi Kirigami

Ten protokół opisuje metodę szybkiej produkcji miękkich siłowników pneumatycznych i robotów o cienkiej obudowie. Metoda produkcji rozpoczyna się od laminowania arkuszy termoplastycznego poliuretanu (TPU), a następnie cięcia laserowego/spawania dwuwymiarowego wzoru w celu uformowania siłowników i robotów.

Szybka produkcja cienkich, miękkich siłowników pneumatycznych i robotów

Ten protokół opisuje wytwarzanie wszczepialnego, zintegrowanego okna obrazowania za pomocą laserowego druku 3D. Okno składa się z systemu mikrosoczewek sprzężonych z mikrorusztowaniami. Metoda polega na polimeryzacji dwufotonowej (2PP) biokompatybilnego fotorezystu SZ2080 w ciągłej sekwencji, optymalizując wydajność produkcji i wyrównanie między różnymi komponentami.

Mikrofabrykacja wszczepialnej optyki zintegrowanej z mikrostrukturalnym oknem obrazowania w celu zaawansowanego obrazowania in vivo

Opisano protokół konstrukcji i testowania ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych. Przedstawiono szczegółowe procedury wykonania elektrody roboczej, przygotowania elektrody przeciwnej, montażu ogniwa wewnątrz komory rękawicowej oraz testowania ogniwa.

Konstrukcja i testowanie ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych

Poznaj technikę formowania samorozprężalnych ramek NiTi z użyciem szablonów pośrednich dla implantów małoinwazyjnych. Metoda umożliwia szybką iterację prototypów i testowanie zdolności samorozprężania w inżynierii biomedycznej.

Szybkie formowanie i testowanie samorozprężalnych ramek NiTi o małej obudowie, odpowiednich do implantów małoinwazyjnych

Przeglądaj więcej filmów