Summary
यहां प्रस्तुत एक मानक यांत्रिक परीक्षण रिग का उपयोग कर सिरिंज-सुई प्रणाली के माध्यम से सामग्री की इंजेक्शन का मात्रात्मक मूल्यांकन करने के लिए एक प्रोटोकॉल है।
Abstract
इंजेक्शन बायोमैटेरियल दवाओं और कोशिकाओं की न्यूनतम इनवेसिव डिलीवरी के लिए तेजी से लोकप्रिय होते जा रहे हैं। ये सामग्री आमतौर पर पारंपरिक जलीय इंजेक्शन की तुलना में अधिक चिपचिपा होती है और अर्ध-ठोस हो सकती है, इसलिए, उनकी इंजेक्शन को ग्रहण नहीं किया जा सकता है। यह प्रोटोकॉल एक मानक यांत्रिक परीक्षक का उपयोग करके इन सामग्रियों की इंजेक्शन का निष्पक्ष रूप से आकलन करने की विधि का वर्णन करता है। सिरिंज प्लंजर एक निर्धारित दर पर क्रॉसहेड द्वारा संकुचित है, और बल मापा जाता है। अधिकतम या पठार बल मूल्य तो नमूनों के बीच तुलना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, या एक निरपेक्ष बल सीमा के लिए । इस प्रोटोकॉल का उपयोग किसी भी सामग्री, और किसी भी सिरिंज और सुई आकार या ज्यामिति के साथ किया जा सकता है। प्राप्त परिणामों का उपयोग अनुवाद प्रक्रिया में जल्दी योगों, सिरिंज और सुई आकार के बारे में निर्णय लेने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, इंजेक्शन पर योगों में फेरबदल के प्रभावों को निर्धारित किया जा सकता है, और अस्थायी रूप से बदलती सामग्रियों को इंजेक्ट करने का इष्टतम समय निर्धारित किया गया है। यह विधि किसी सामग्री पर इंजेक्शन के प्रभावों की जांच करने के लिए एक प्रजनन योग्य तरीके के रूप में भी उपयुक्त है, ताकि कोशिकाओं पर इंजेक्शन के प्रभावों को दबाने या अध्ययन करने जैसी घटनाओं का अध्ययन किया जा सके। यह प्रोटोकॉल बारी-बारी से रीलॉजी की तुलना में इंजेक्शन के लिए तेज़ और सीधे लागू होता है, और प्रत्यक्ष तुलना के लिए महत्वपूर्ण मूल्य प्राप्त करने के लिए न्यूनतम पोस्ट प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है।
Introduction
बायोमैटेरियल्स का अक्सर अध्ययन किया जाता है और सेल-आधारित ऊतक उत्थान और चिकित्सा विज्ञान 1 के निरंतर वितरण के लिए डिपो के लिए मचान के रूप में उपयोग कियाजाताहै। इस क्षेत्र के भीतर, इंजेक्शन बायोमैटेरियल्स लोकप्रियता में बढ़ रहे हैं क्योंकि वे न्यूनतम आक्रामक हैं, जो प्रत्यारोपण2से जुड़े संक्रमण, दर्द और जख्म के जोखिम को कम करता है। इसके अलावा, क्योंकि वे आमतौर पर तरल पदार्थ के रूप में लागू होते हैं, वे ऊतक दोषों के लिए पूरी तरह से अनुरूप होतेहैं, और दवाओं और कोशिकाओं को आवेदन3,4,5से तुरंत पहले उनमें मिलाया जा सकता है। जैसे, जबकि इंजेक्शन बायोमैटेरियल्स को प्री-लोडेड सीरिंज के रूप में निर्मित किया जा सकता है, वे अक्सर आवेदन से पहले सीधे चिकित्सकों द्वारा तैयार किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, पाउडर और तरल चरणों को मिश्रित करने के बाद सीमेंट सेट करना शुरू कर देते हैं, और इसलिए6उपयोग से पहले लंबी अवधि के लिए संग्रहीत नहीं किया जा सकता है। इन सामग्रियों का लक्षण वर्णन इस प्रकार समय निर्भर है और उनकी तैयारी से अभिन्न रूप से जुड़ा हुआ है।
सामान्य इंजेक्शन बायोमैटेरियल्स में कैल्शियम सीमेंट्स, पॉलीमिथाइल मेथाक्रिलेट, बायो चश्मा और विभिन्न पॉलीमेरिक हाइड्रोगेल3,7शामिल हैं। दवाओं के पारंपरिक इंजेक्शन के विपरीत, जिनमें पानी के समान रियोलॉजिकल गुण होते हैं, ये इंजेक्शन बायोमैटेरियल्स आमतौर पर अधिक चिपचिपा होते हैं, गैर-न्यूटोनियन, कुछ लोचदार चरित्र हो सकते हैं, और समय के साथ भी बदल सकते हैं। इसलिए, इन सामग्रियों की इंजेक्शन को नहीं माना जा सकता है लेकिन प्रायोगिक रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए । इंजेक्शन के लिए आवश्यक बल की मात्रा निर्धारित करके और इसे इंजेक्शन की आसानी से संबंधित करके, शुरुआती निर्णय जिनके बारे में जैव सामग्री योगों, सिरिंज और सुई के आकार को आगे ले जाने के लिए विकास प्रक्रिया8में जल्दी बनाया जा सकता है। इस तरह के प्रयोगों से इंजेक्शन पर फार्मूलों के बदलने के प्रभावों का भी आकलन कियाजा सकताहै ।
इंजेक्शन सामग्री के गुणों का आकलन करने के लिए कई तरीके हैं। घूर्णन रीलॉजी का उपयोग अक्सर चिपचिपाहट, गैर-न्यूटोनियन व्यवहार, कतरनी के बाद की वसूली, समय निर्धारित करने और इन सामग्रियों के अन्य गुणों10, 11,12का आकलन करने के लिए कियाजाताहै। जबकि इस प्रकार का परीक्षण सामग्री के मौलिक गुणों को स्थापित करने के लिए उपयोगी है, ये गुण सीधे इंजेक्शन के लिए सहसंबंधित नहीं हैं। एक न्यूटोनियन तरल पदार्थ और बेलनाकार सिरिंज और सुई के लिए, इंजेक्शन बल हेगन-Poiseuille समीकरण13के एक रूप से अनुमान लगाया जा सकता है:
जहां एफ इंजेक्शन (एन) के लिए आवश्यक बल है, आरएस आंतरिक सिरिंज त्रिज्या (एम) है, आरएन आंतरिक सुई त्रिज्या (एम), एल सुई की लंबाई (एम), क्यू तरल प्रवाह दर (एम3 एस-1)है, η गतिशील चिपचिपाहट (Pa.s) है और एफएफ प्लंजर और बैरल दीवार (एन) के बीच घर्षण बल है । इस प्रकार, यदि चिपचिपाहट को घूर्णन रीलॉजी के माध्यम से मापा जाता है, तो सिरिंज और सुई के आयामों को जाना जाता है और प्रवाह दर का अनुमान लगाया जाता है, इंजेक्शन बल का अनुमान लगाया जा सकता है। हालांकि, यह समीकरण सिरिंज या किसी अन्य ज्यामिति के शंकुल अंत के लिए खाता नहीं है, जैसे ऑफ-सेंटर आउटलेट, और एफएफका अनुमान लगाया जाना चाहिए या यांत्रिक परीक्षण द्वारा प्रयोगात्मक रूप से पाया जाना चाहिए। इसके अलावा, बायोमैटेरियल्स आमतौर पर न्यूटोनियन नहीं होते हैं, लेकिन जटिल रियोलॉजिकल गुणों का प्रदर्शन करते हैं। एक साधारण कतरनी पतला तरल पदार्थ के लिए, समीकरण14हो जाता है:
जहां एन पावर इंडेक्स (-) है और के ओस्टवाल्ड डी वेले अभिव्यक्ति से स्थिरता सूचकांक(पीएएन) 
है:, कतरनी दर (एस-1) कहां है। जटिलता उन सामग्रियों के लिए काफी बढ़ जाती है जिनके रियोलॉजिकल गुणों को दो मूल्यों की विशेषता नहीं दी जा सकती है, और विशेष रूप से सीमेंट की स्थापना जैसे समय-निर्भर सामग्रियों के लिए। इसके अतिरिक्त, यदि सामग्री गुण कतरनी निर्भर हैं, तो सामग्री का परीक्षण सुई में अपेक्षित कतरनी दर पर किया जाना चाहिए, जो एक घूर्णन रियोमीटर15की सीमा से कहीं अधिक हो सकता है।
इंजेक्शन को मापने के लिए एक और मात्रात्मक विधि में एक इंजेक्शन का प्रदर्शन करते समय एक सिरिंज के लिए दबाव और विस्थापन सेंसर संलग्न करना शामिल है, या तो हाथ से या सिरिंज पंप का उपयोग करना। हालांकि, यह उपकरण अपेक्षाकृत सस्ती है, उपयोगकर्ताओं को16बल डेटा में परिवर्तित करने के लिए स्क्रिप्ट और अंशांकन घटता उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, एक सिरिंज पंप के पास सटीक दर पर प्लंजर को सेक करने के लिए पर्याप्त टॉर्क नहीं हो सकता है यदि उच्च बलों को चिपचिपा या अर्ध-ठोस सामग्रियों को बाहर निकालने की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक रूप से, हाथ से इंजेक्शन लगाते समय इन सेंसरों का उपयोग करना उपयोगी हो सकता है क्योंकि उनका उपयोग नैदानिक प्रक्रियाओंके दौरानवास्तविक नैदानिक परिदृश्य में किया जा सकता है। हालांकि, इसमें अधिक समय लगेगा और उपयोगकर्ता पूर्वाग्रह लागू हो सकता है, और इसलिए, विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए विभिन्न उपयोगकर्ताओं के साथ बड़ी संख्या में पुनरावृत्ति की आवश्यकता होगी। इस प्रकार, यह उन सामग्रियों के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है जो ट्रांसलेशनल पाइपलाइन, या पहले से ही नैदानिक उपयोग में उत्पादों के नीचे हैं।
इस प्रोटोकॉल में, एक यांत्रिक परीक्षक का उपयोग एक निर्धारित दर पर प्लंजर को सेक करने और ऐसा करने के लिए आवश्यक बल को मापने के लिए किया जाता है। इस प्रकार के यांत्रिक परीक्षक सामग्री प्रयोगशालाओं में आम है और इसका उपयोग विभिन्न बायोमैटेरियल्स 18 , 19 , 20 ,21, 22,23,24के लिए इंजेक्शन की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया गया है । इस परीक्षण का उपयोग सिरिंज और सुई के किसी भी आकार और ज्यामिति के साथ किया जा सकता है, जिसमें कोई भी सामग्री होती है। इसके अलावा, उपयोग से तुरंत पहले किए जाने वाले बायोमैटेरियल्स के मामले में, क्लिनिक या सर्जरी में उपयोग की जाने वाली सटीक निर्माण प्रक्रिया का परीक्षण करने से पहले पालन किया जा सकता है। इस प्रक्रिया का एक और लाभ यह है कि यह अपेक्षाकृत तेज है; एक बार यांत्रिक परीक्षक स्थापित हो जाने के बाद, एक्सट्रूशन गति और सिरिंज की मात्रा के आधार पर एक घंटे में दसियों नमूनों का अध्ययन किया जा सकता है। यह घूर्णन रीलॉजी के विपरीत है, जिसमें आमतौर पर प्रति परीक्षण कम से कम 5 - 10 मिनट लगते हैं, साथ ही लोडिंग, संतुलन और सफाई का समय होता है। एक यांत्रिक परीक्षक का उपयोग करना प्लंजर पर समान रूप से एक विश्वसनीय निष्कासन दर पैदा करता है, जो विशेष रूप से चिपचिपा योगों या समय पर निर्भर गुणों वाले लोगों के लिए फायदेमंद है। परीक्षण के बाद, वस्तुनिष्ठ तुलनाओं के लिए महत्वपूर्ण मूल्यों को बाहर निकालने के लिए डेटा की न्यूनतम पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है।
Protocol
1. नमूना तैयार करना
- सैंपल तैयार कर सिरिंज में लोड कर लें।
- एक पूर्व-लोडेड सिरिंज का अनुकरण करने के लिए, नमूना पहले से तैयार करें, इसे सिरिंज में लोड करें, और सुई संलग्न करें। परीक्षण तक, आवश्यकतानुसार स्टोर करें। यह हाइड्रोगेल और सामग्री के लिए उपयुक्त हो सकता है जो समय के साथ नहीं बदलते हैं।
नोट: उदाहरण के लिए, 2% एल्गिनेट समाधान तैयार करने के लिए, कमरे के तापमान पर सरगर्मी करके, 100 मिलील पानी में एल्गिनिक एसिड सोडियम नमक के 2 ग्राम को भंग करें। समाधान को 5 एमएल सीरिंज में जाता है, और कमरे के तापमान पर 24 घंटे के लिए स्टोर करें। - वैकल्पिक रूप से, आवेदन से पहले सीधे तैयार किए गए इंजेक्शन का अनुकरण करने के लिए, नमूना उसी तरह तैयार करें जिस तरह से इसे क्लिनिक में बनाया जाएगा, किसी भी सेटिंग समय के लिए अनुमति देता है। सिरिंज में लोड करें और सुई संलग्न करें। यह सीमेंट्स और उन सामग्रियों के लिए उपयुक्त हो सकता है जिनके गुण समय के साथ बदलते हैं।
नोट: उदाहरण के लिए, कैल्शियम सल्फेट सीमेंट तैयार करने के लिए, मैन्युअल रूप से 4 ग्राम कैल्शियम सल्फेट हेमिहाइड्रेट को 1 मिनट के लिए एक स्पैटुला के साथ 5 एमएल डिओनाइज्ड पानी में मिलाएं। सिरिंज से प्लंजर निकालें और स्पैटुला के साथ सिरिंज बैरल में सीमेंट लोड करें। 4 मिनट के बाद यांत्रिक परीक्षण शुरू करें।
सावधानी: सुई एक सुरक्षा जोखिम पैदा करते हैं, यदि संभव हो तो कुंद सुई का उपयोग करें। यदि सामग्री में कोशिकाएं या अन्य जैविक सामग्री होती है, तो शार्प्स चोटों को रोकने के लिए अतिरिक्त देखभाल की जानी चाहिए।
- एक पूर्व-लोडेड सिरिंज का अनुकरण करने के लिए, नमूना पहले से तैयार करें, इसे सिरिंज में लोड करें, और सुई संलग्न करें। परीक्षण तक, आवश्यकतानुसार स्टोर करें। यह हाइड्रोगेल और सामग्री के लिए उपयुक्त हो सकता है जो समय के साथ नहीं बदलते हैं।
2. मैकेनिकल परीक्षक की स्थापना
- यांत्रिक परीक्षक के लिए फ्लैट प्लेटन (संपीड़न परीक्षण के लिए) संलग्न करें।
- मैन्युअल रूप से 200 एन के अधिकतम लोड के साथ एक लोड सेल के साथ यांत्रिक परीक्षक से लैस।
नोट: एक बड़ा लोड सेल का उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते इसमें 1 - 200 एन रेंज में पर्याप्त सटीकता हो। नमूने जो अधिक चिपचिपा हैं और हाथ से इंजेक्शन लगाने का इरादा नहीं है, उन्हें एक बड़े लोड सेल की आवश्यकता हो सकती है। - प्लेटों को अलग करें, मैनुअल नियंत्रण बटन का उपयोग करके, सुई, सिरिंज और प्लंजर के लिए पर्याप्त जगह के लिए अनुमति देने के लिए (लगभग 30 सेमी पर्याप्त होगा)।
- एक परीक्षण प्रोटोकॉल बनाएं।
- परीक्षण जादूगर खोलें और एकीय संपीड़न के लिए परीक्षण प्रकार सेट करें।
- प्री-लोडसेट करें। यह मापा बल मूल्य है जिस पर परीक्षण शुरू हो जाएगा । 0.5 एन पर्याप्त है।
- 5 मिमी/मिनट के लिए पूर्व लोड करने के लिए गति निर्धारित करें । यह गति क्रॉसहेड नीचे ले जाएगा जब तक यह पूर्व लोड मुठभेड़ों है ।
- लोडिंग को विस्थापन नियंत्रण में सेट करें और उचित परीक्षण गति का चयन करें। 1 मिमी/s एक मानक 5 एमएल सिरिंज के लिए एक उपयुक्त गति है।
- एक ऊपरी बल सीमा निर्धारित करें जिस पर परीक्षण को रोकना है, उदाहरण के लिए, 200 एन। यह मुख्य रूप से सुरक्षा कारणों से है । किसी दिए गए विस्थापन पर परीक्षण को स्वचालित रूप से रोक दिया जा सकता है, उदाहरण के लिए, सिरिंज की लंबाई।
3. क्लैंपिंग सिस्टम स्थापित करें
- दो स्टैंड के लिए क्लैंप के दो सेट संलग्न, पकड़ के साथ काफी बड़े सुरक्षित रूप से चुना सिरिंज विराजमान करने के लिए ।
- सिरिंज और सुई के लिए पकड़ के नीचे पर्याप्त जगह के साथ, क्रॉसहेड और बेसप्लेट के बीच पकड़ रखें।
- दो पकड़ता के केंद्रों को लाइन, और क्रॉसहेड के केंद्र के साथ इन लाइन ।
नोट: एक दूसरे के साथ क्लैंप पकड़ता है और क्रॉसहेड के केंद्र के संरेखण को प्राप्त करने में कुछ समय और पुनरावृत्ति लग सकती है, लेकिन उच्च गुणवत्ता वाले डेटा प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। - सुनिश्चित करें कि क्लैंप मजबूती से सुरक्षित हैं ताकि नीचे की ओर बल लागू होने पर क्लैंप में कोई आंदोलन न हो।
- बाहर निकाला सामग्री इकट्ठा करने के लिए नीचे की थाली पर एक पकवान रखें।
4. इंजेक्शन प्रोटोकॉल चलाएं
- क्लैंप पकड़ में सिरिंज डालें और उन्हें बंद कर दें। पकड़ जगह में सिरिंज पकड़ चाहिए, लेकिन यह प्रतिरोध के बिना ऊपर और नीचे जाने के लिए अनुमति देते हैं ।
- सुनिश्चित करें कि सिरिंज और प्लंजर क्रॉसहेड के लंबवत हैं। यह सुनिश्चित करता है कि सामग्री के केवल एकक्षी संपीड़न को मापा जाएगा।
नोट: एक खाली सिरिंज का उपयोग चरण 4.1 और 4.2 की जांच करने के लिए किया जाना चाहिए। - मैनुअल आंदोलन बटन का उपयोग करके, प्लंजर के ठीक ऊपर एक स्थिति में शीर्ष प्लेट को कम करें।
नोट: मैकेनिकल टेस्टर प्रोटोकॉल में'स्टार्ट पोजीशन'का चयन करना संभव हो सकता है, जैसे कि प्लंजर के ऊपर मूल स्थिति स्वचालित रूप से पहुंच जाती है और पूरे परीक्षण के अनुरूप होती है। - जीरो फोर्स पर क्लिक करके मापी गईफोर्स को जीरो।
- 'भागो' दबाकर टेस्टिंग प्रोटोकॉलचलाएं।
सावधानी: प्रयोगकर्ता को हमेशा प्रत्येक परीक्षण का निरीक्षण करने के लिए मौजूद रहना चाहिए, और दुर्घटना के मामले में आपातकालीन स्टॉप को सक्रिय करने के लिए तैयार होना चाहिए। - प्लेटों को पर्याप्त ऊंचाई तक उठाएं, मैनुअल आंदोलन बटन का उपयोग करके, जैसे कि सिरिंज को हटाया जा सकता है।
- प्रत्येक नमूने के लिए चरण 4 दोहराएं।
नोट: इस बिंदु पर, सिरिंज और निकाले गए नमूने को छोड़ दिया जा सकता है यदि कोई और विश्लेषण की आवश्यकता नहीं है, लेकिन फिल्टर दबाने, आत्म-चिकित्सा, कोशिकाओं पर प्रभाव आदि की जांच करने के लिए रखा जा सकता है।
5. डेटा संग्रह
- प्रत्येक परीक्षण से डेटा को एक प्रारूप में सहेजें जिसमें से बल और विस्थापन मूल्यों की एक तालिका उत्पन्न की जा सकती है (.txt, .xls, .xlsx)।
- प्रत्येक परीक्षण से परिणाम प्लॉट, एक्स-एक्सिस पर विस्थापन और वाई-एक्सिस पर बल के साथ।
- ग्राफ से अधिकतम बल (यदि यह मौजूद है) और पठार बल पढ़ें।
Representative Results
मैकेनिकल परीक्षक और क्लैंपिंग सिस्टम का सेट-अप चित्रा 1Aमें दिखाया गया है । यह प्रोटोकॉल प्रत्येक परीक्षण नमूने के लिए एक मेज और बल बनाम विस्थापन का ग्राफ उत्पन्न करता है। एक विशिष्ट बल विस्थापन वक्र में तीन खंड होते हैं(चित्रा 1 B):एक प्रारंभिक ढाल, क्योंकि प्लंजर बैरल से घर्षण पर काबू पा जाता है और सामग्री में तेजी आती है, एक बल अधिकतम और एक पठार होता है, क्योंकि सामग्री स्थिर स्थिति में बाहर निकल जाती है।
हालांकि, एक अलग अधिकतम ही मौजूद है जहां पठार बल प्लंजर में तेजी लाने के लिए आवश्यक बल से कम है । जैसे, चोटियों केवल व्यापक सुइयों के माध्यम से गुजर inviscid नमूनों के लिए देखा जाता है । एक अधिक संकीर्ण छिद्र से गुजरने वाले चिपचिपा नमूनों के लिए, लगातार गति से नमूना इंजेक्ट करने के लिए आवश्यक बल बैरल में घर्षण को दूर करने और सामग्री में तेजी लाने के लिए आवश्यक बल से अधिक है, और कोई अलग चोटी नहीं देखी जाती है(चित्रा 1C)। अत्यधिक चिपचिपा नमूनों या बहुत संकीर्ण सुइयों के लिए, सामग्री को बाहर निकालने के लिए आवश्यक बल इतना महान हो सकता है कि सिरिंज बकसुआ और विफल हो जाता है, अक्सर सामग्री के बहुत कम निष्कासन(चित्रा 1D)के साथ। यदि इंजेक्शन दी जा रही सामग्री में कण होते हैं या सेटिंग से गुजर रहे हैं, जैसे सीमेंट, फिल्टर दबाने (तरल चरण का तरजीही निष्कासन) या थोक सेटिंग हो सकती है, जिससे अधूरा इंजेक्शन(चित्रा 1E)हो सकता है।
चित्रा 1: इस प्रोटोकॉल द्वारा उत्पन्न नमूना घटता है। (A)इस प्रोटोकॉल के लिए मैकेनिकल परीक्षक की स्थापना। (ख)ठेठ बल-एक्सट्रूशन कर्व। (ग)कोई अलग अधिकतम चोटी के साथ बल-निष्कासन वक्र । (घ)सिरिंज विफलता के लिए बल-निष्कासन वक्र। }सेटिंग सीमेंट के लिए फोर्स-एक्सट्रूशन कर्व। यह आंकड़ा रॉबिंसन एट अल8से अनुकूलित है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
Discussion
यांत्रिक परीक्षण शायद इंजेक्शन की मात्रा निर्धारित करने का सबसे सरल और सबसे विश्वसनीय तरीका है। इस प्रोटोकॉल का एक प्रमुख लाभ यह है कि यांत्रिक परीक्षक के अलावा किसी विशेष उपकरण की आवश्यकता नहीं है, जो सामग्री प्रयोगशालाओं में आम है। यह प्रोटोकॉल अत्यधिक बहुमुखी है; किसी भी सामग्री, सुई गेज और सिरिंज आकार का उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते सिरिंज को क्लैंप द्वारा समायोजित किया जा सके। इस प्रोटोकॉल में 10 एमएल तक की सीरिंज का सत्यापन किया गया है। इसके अलावा, सामग्री बिल्कुल वैसा ही तैयार की जा सकती है जैसी वास्तविक दुनिया के आवेदन25के लिए होगी। अंत में, यह प्रक्रिया बहुत तेज है, प्रति नमूना केवल कुछ मिनट तक ले जाती है, जिससे दसियों नमूनों को प्रति घंटे संसाधित किया जा सकता है।
नमूनों के लिए जो विशिष्ट घटता देते हैं, दो मान निकाले जा सकते हैं: अधिकतम बल और पठार बल घटता है। अधिकतम बल यकीनन अधिक उद्देश्य है और प्रत्येक नमूने के लिए डेटा तालिका से गणनाकर निकाला जा सकता है। इसके विपरीत, पठार बल अधिक प्रतिनिधि हो सकता है, क्योंकि यह समय की सबसे बड़ी राशि के लिए अनुभवी बल होगा और, एक औसत के रूप में, बड़े उतार चढ़ाव के साथ घटता से कम प्रभावित है । ये उतार-चढ़ाव हवा के बुलबुले या सामग्री में कणों के कारण हो सकते हैं जिससे आंतरायिक परिवर्तन होते हैं क्योंकि वे बाहर निकाले जाते हैं, या छोटे बल माप के लिए कम उपकरण परिशुद्धता द्वारा। हालांकि, यह उल्लेखनीय है कि, कई नमूनों के लिए, कोई अधिकतम बल चोटी नहीं है, और इसलिए अधिकतम और पठार मूल्य एक ही हैं। इंजेक्शन बलों के बीच वस्तुनिष्ठ तुलना तब तक की जा सकती है जब तक कि एक सुसंगत मूल्य का उपयोग किया जाता है।
प्राप्त आंकड़ों का उपयोग कई तरीकों से किया जा सकता है। इंजेक्शन बल मूल्यों की तुलना इंजेक्शन की आसानी से की जा सकती है, यह स्थापित करने के लिए कि कौन से योग, सिरिंज और सुई के आकार अनुवाद8के लिए व्यवहार्य हैं। वैकल्पिक रूप से, नमूनों के बीच तुलना करने से इंजेक्शन पर योगों में परिवर्तन की मात्रा की अनुमति होती है। उदाहरण के लिए, सीमेंट्स में, तरल चरण की चिपचिपाहट को बदलना, कण आकार वितरण, और कोलाइडियल गुणों को बदलने के लिए साइट्रेट जैसे एडिटिव्स को जोड़ना, इंजेक्शन9में बड़े बदलाव हो सकते हैं। ये परीक्षण सीमेंट्स के लिए फॉर्मूलेशन प्रोटोकॉल को भी सूचित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए मिश्रण समय, लोडिंग का समय और आवेदन करने का समय, इष्टतम इंजेक्शन और इंजेक्शन के बाद प्रदर्शन के लिए। इसके अलावा, इस विधि का उपयोग 3 डी प्रिंटिंग के लिए उपन्यास बायोइंक की प्रारंभिक व्यवहार्यता का परीक्षण करने के लिए किया जा सकता है।
इस प्रोटोकॉल को कई तरीकों से संशोधित किया जा सकता है। क्लैंप सिस्टम को सिरिंज को पकड़ने के लिए एक बेस्पोक 3 डी मुद्रित निर्माण के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जिससे सिरिंज और प्लंजर को क्रॉसहेड के लंबवत होना सुनिश्चित करना आसान हो सकता है, और सिरिंज को सुरक्षित रूप से आयोजित किया जाता है। सुई को कैनुला या किसी भी डिवाइस के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है जो एक प्लंजर के संपीड़न द्वारा सामग्री को बाहर निकालता है और किसी भी आकार और ज्यामिति का हो सकता है। परिणामों की निष्ठा को बढ़ाने के लिए, नैदानिक इंजेक्शन को अधिक सटीक रूप से अनुकरण करने के लिए सुई की नोक को ऊतक या हाइड्रोगेल में रखा जा सकता है। हालांकि, यह प्रोटोकॉल के लिए आगे जटिलताओं कहते हैं, के रूप में ऊतक/जेल संरचना और सुई गहराई स्थिर रखा जाना चाहिए । इसके अलावा, यह प्रोटोकॉल निर्दिष्ट गति से इंजेक्ट करने के लिए आवश्यक बल को मापने के लिए विस्थापन-नियंत्रित निष्कासन का उपयोग करता है। वैकल्पिक रूप से, इंजेक्शन बल निर्दिष्ट किया जा सकता है, और समय के खिलाफ निष्कासन की मात्रा मापी जा सकती है। यह समय पर निर्भर गुणों, जैसे सीमेंट्स के साथ सामग्री के लिए उपयोगी हो सकता है। उदाहरण के लिए, इंजेक्शन बल और एक बल 8 का चयन करने के लिए इंजेक्शन की आसानी के बीच एक संबंध का उपयोग करके, इस प्रोटोकॉल का उपयोगयह स्थापितकरने के लिए किया जा सकता है कि क्या सेटिंग से पहले इस गति के साथ सीमेंट की पूरी मात्रा इंजेक्ट की जा सकती है। अंत में, इस प्रोटोकॉल को आसानी से अन्य प्रयोगों के साथ जोड़ा जा सकता है, ताकि सामग्री गुणों पर इंजेक्शन के प्रभाव का परीक्षण किया जा सके और फिल्टर दबाने और आत्म-चिकित्सा, या कोशिकाओं पर इंजेक्शन के प्रभाव जैसी घटनाओं की जांच की जा सके।
इस प्रोटोकॉल की मुख्य सीमा यह है कि एक सार्वभौमिक यांत्रिक परीक्षक की आवश्यकता है। हालांकि ये सामग्री परीक्षण प्रयोगशालाओं में आम हैं, वे खरीदने के लिए महंगे हैं यदि उपयोगकर्ता एक तक नहीं पहुंच सकता है। इसके अलावा, यांत्रिक परीक्षक या तो एक निर्धारित बल या विस्थापन की दर पर एकक्षी संपीड़न प्रदान करता है, जबकि लागू बल और इंजेक्शन की गति हाथ से इंजेक्शन के दौरान भिन्न हो सकती है। यह प्रोटोकॉल कुछ वास्तविक दुनिया इंजेक्शन को दोहराने के लिए भी अनुपयुक्त है, जैसे कि थिएटर में जटिल ऊतकों में इंजेक्शन, या विभिन्न कोणों पर इंजेक्शन। क्लिनिक में इंजेक्शन के बल की मात्रा निर्धारित करने के लिए, बल और विस्थापन ट्रांसड्यूसर एक बेहतर तरीका हो सकता है।
Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस काम को ईपीएसआरसी सीडीटी फॉर फॉर्मूलेशन इंजीनियरिंग ने यूके के बर्मिंघम विश्वविद्यालय में स्कूल ऑफ केमिकल इंजीनियरिंग, ग्रांट रेफरेंस ईपी/एल015153/1 और रॉयल सेंटर फॉर डिफेंस मेडिसिन में फॉर्मूलेशन इंजीनियरिंग द्वारा वित्त पोषित किया गया था ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alginic Acid Sodium Salt | Sigma | A2033-100G | |
| Blunt Needles | Needlez | NB19G1.5 | Any size may be used, depending on application |
| Calcium Sulphate Hemihydrate | Acros Organics | 22441.296 | |
| Clamp stand | Eisco | MTST5 | Two required |
| Clamps | R&L Enterprises | 41 | Two required, should have flat tops |
| Syringes | BD | 307731 | Any size can be used, depending on application |
| Universal Mechanical Tester | Zwick Roell | Z030 |
References
- Webber, M. J., Appel, E. A., Meijer, E. W., Langer, R.
- Mathew, A. P., Uthaman, S., Cho, K. -H., Cho, C. -S., Park, I. -K. Injectable hydrogels for delivering biotherapeutic molecules. International Journal of Biological Macromolecules. 110, 17-29 (2018).
- Zhou, H., et al. Injectable biomaterials for translational medicine. Materials Today. 28, 81-97 (2019).
- Alves, H. L. R., dos Santos, L. A., Bergmann, C. P. Injectability evaluation of tricalcium phosphate bone cement. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 19, 2241-2246 (2008).
- Yu, L., Ding, J. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chemical Society Reviews. 37, 1473 (2008).
- Pawelec, K. M., Planell, J. A. Bone Repair Biomaterials: Regeneration and Clinical Applications. , Elseiver, Woodhead Publishing. (2019).
- Fernandez de Grado, G., et al. Bone substitutes: a review of their characteristics, clinical use, and perspectives for large bone defects management. Journal of Tissue Engineering. 9, 204173141877681 (2018).
- Robinson, T. E., et al. Filling the Gap: A Correlation between Objective and Subjective Measures of Injectability. Advanced Healthcare Materials. , 1901521 (2020).
- O'Neill, R., et al. Critical review: Injectability of calcium phosphate pastes and cements. Acta Biomaterialia. 50, 1-19 (2017).
- Gantar, A., et al. Injectable and self-healing dynamic hydrogel containing bioactive glass nanoparticles as a potential biomaterial for bone regeneration. RSC Advances. 6, 69156-69166 (2016).
- Ramin, M. A., Latxague, L., Sindhu, K. R., Chassande, O., Barthélémy, P. Low molecular weight hydrogels derived from urea based-bolaamphiphiles as new injectable biomaterials. Biomaterials. 145, 72-80 (2017).
- Ren, K., He, C., Xiao, C., Li, G., Chen, X. Injectable glycopolypeptide hydrogels as biomimetic scaffolds for tissue engineering. Biomaterials. 51, 238-249 (2015).
- Burckbuchler, V., et al. Rheological and syringeability properties of highly concentrated human polyclonal immunoglobulin solutions. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 76, 351-356 (2010).
- Allmendinger, A., et al. Rheological characterization and injection forces of concentrated protein formulations: An alternative predictive model for non-Newtonian solutions. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 87, 318-328 (2014).
- Davison, P. F. The Effect of Hydrodynamic Shear on the Deoxyribonucleic Acid from T2 and T4 Bacteriophages. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 45, 1560-1568 (1959).
- Chen, M. H., et al. Methods to Assess Shear-Thinning Hydrogels for Application As Injectable Biomaterials. ACS Biomaterials Science and Engineering. 3, 3146-3160 (2017).
- Krebs, J., et al. Clinical measurements of cement injection pressure during vertebroplasty. Spine. 30, (2005).
- Bohner, M., Baroud, G.
- Gbureck, U., Barralet, J. E., Spatz, K., Grover, L. M., Thull, R. Ionic Modification of Calcium Phosphate Cement Viscosity. Part I: Hypodermic Injection and Strength Improvement of Apatite Cement. Biomaterials. 25, 2187-2195 (2004).
- Habib, M., Baroud, G., Galea, L., Bohner, M. Evaluation of the ultrasonication process for injectability of hydraulic calcium phosphate pastes. Acta Biomaterialia. 8, 1164-1168 (2012).
- Martin, B. C., Minner, E. J., Wiseman, S. L., Klank, R. L., Gilbert, R. J. Agarose and methylcellulose hydrogel blends for nerve regeneration applications. Journal of Neural Engineering. 5, 221-231 (2008).
- Borzacchiello, A., Russo, L., Malle, B. M., Schwach-Abdellaoui, K., Ambrosio, L. Hyaluronic Acid Based Hydrogels for Regenerative Medicine Applications. BioMed Research International. 2015, 871218 (2015).
- Zhao, L., Weir, M. D., Xu, H. H. K. An injectable calcium phosphate-alginate hydrogel-umbilical cord mesenchymal stem cell paste for bone tissue engineering. Biomaterials. 31, 6502-6510 (2010).
- Ji, D. -Y., Kuo, T. -F., Wu, H. -D., Yang, J. -C., Lee, S. -Y. A novel injectable chitosan/polyglutamate polyelectrolyte complex hydrogel with hydroxyapatite for soft-tissue augmentation. Carbohydrate Polymers. 89, 1123-1130 (2012).
- Vaishya, R., Chauhan, M., Vaish, A.
