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リバーブルバイオマテリアルの引張強度
 

リバーブルバイオマテリアルの引張強度

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縫合糸は、最も初期の材料がリネンや猫の腸である医療介入のために何千年も使用されています。

現在使用されている縫合糸は、最初に天然素材または合成材料の組成、吸収によって、非リバーブルまたはリソルバー可能のいずれか、2つの異なるカテゴリーに分類されています。吸収可能な材料は、主にポリマー鎖内の特定の化学基と水の相互作用によって引き起こされるプログラムされた劣化を通じて体内で分解する。したがって、これらの材料は、除去を必要とせずに治癒するのに十分な長さのために一緒に創傷を保持するために使用される。

このビデオでは、再吸収可能な材料劣化の背後にあるメカニズムについて説明し、異なる環境にさらされる材料の強度の変化を時間の経過とともに評価する方法を示します。

吸収可能な材料は、主に酸化、加水分解、酵素分解によって体内で分解します。物質は、体が異物に反応し、それを攻撃するために酸化種を放出するように、生体内で酸化を受ける可能性があります。ポリマーに対する酸化効果は、連鎖の挫傷を引き起こし、劣化に寄与する可能性があります。加水分解では、水はポリマー中の結合を受けやすいので、オリゴマーを生成し、最終的にモノマーを生成する。

ポリジオキサネのようなポリエステルは、エステル基が加水分解によって容易に分解されるため、一般的に再吸収性材料として利用される。材料が移植された後、それは水を吸収し始めます。加水分解の切り傷は、材料が水と接触しているところから始まります。親水性物質はより多くの水を吸収するので、全体を通してより急速に分解します。しかし、疎水性材料は、よりゆっくりと水を吸収し、外部から劣化する傾向があります。

体内の酵素は様々な反応を触媒し、したがって、同様に材料の加水分解を触媒します。加水分解反応は、加水分解酵素と呼ばれる酵素によって触媒され、加水分解の速度を10倍も増加させることができます。材料が劣化するにつれて、材料の機械的特性も変化します。

酸性、中性、アルカリ性環境における加水分解による再吸収性物質の強度の変化を経時間の経過とともに分析する方法を見てみましょう。

この実験では、2種類の再吸収性縫合糸を得る。ここでは、ポリグリコネートとポリジオキサネを用いります。

サンプルを配置する日付、サンプルタイプ、および溶液でラベル付けされた6本のスクリューキャップサンプルチューブを準備します。サンプルタイプごとに1つの酸性溶液、1つのアルカリ溶液、および1つの中性溶液が必要です。ここでは、各サンプルの 1 つを示します。ただし、各縫合タイプの3つのサンプルを、各時点に用意する必要があります。

次に、縫合糸包装を開き、縫合糸を取り外します。縫合糸から針を切り取り、シャープ容器に入れて処分します。縫合糸を長さ約10~12インチの3つに切ります。縫合糸の物理的特性を書き留めます。キャリパーを使用して各縫合糸の直径を測定し、初期寸法を書き留めます。

最後に、各縫合糸の重量を量り、重量を記録し、各サンプルチューブに1つの縫合糸を置きます。縫合糸が完全に水没するように、中性サンプルチューブに十分な脱イオン水を充填し、チューブをキャップします。次に、酸性管を希塩酸で充填し、アルカリ試料管を希水酸化ナトリウム溶液で充填する。最後に、6つのサンプルチューブをすべて37°Cのインキュベーターのラックに入れます。

次に、引張テストを使用して縫合糸の強度を決定する方法を見てみましょう。引張試験では、サンプルを故障まで伸ばしてロードし、材料強度の決定を可能にします。

まず、試験液にインキュベートしていない新鮮な縫合糸を試験します。縫合糸を器具の器具に入れ、所定の場所に固定します。コントロールサンプルは、約10〜12インチの機器と同じ長さでなければなりません。次に、計測器をゼロにし、変位速度の設定を記録します。コントロールパネルにピークホールドが表示されていることを確認します。その後、縫合糸の張力を開始します。力と変位は、楽器上で変化し始めます。障害が発生するまで縫合糸をロードします。次に、計器の電源を切り、ディスプレイパネルからピーク力を記録します。

次に、さまざまな pH で溶液にさらされたサンプルの引張強度を測定してみましょう。

指定した時間が経過したら、オーブンからサンプルを取り出します。pH紙を用いて各チューブ内の溶液のpHを測定する。すべての溶液のpHを測定した後、試験する縫合糸を取り出し、脱イオン水ですすぐります。材料の物理的特性を書き留めます。

サンプルをペーパータオルで乾かし、重くして新しい塊を記録します。次に、引張テスターのグリップに標本を置き、所定の位置にロックします。計測器をゼロにし、変位速度が制御サンプルに使用されるものと同じであることを確認します。ピークホールドが表示されていることを確認します。次に、故障するまで標本をロードします。ディスプレイからピーク力を記録します。時間調査の過程で、各サンプルに対して引張検定を繰り返します。

次に、データを分析してサンプルの強度を判断する方法を見てみましょう。

まず、ピーク力を縫合糸の断面積で割って各サンプルの平均引張応力を算出する。次に、示す式を用いてインキュベーション後に縫合体が保持する引張強度の割合を算出する。各サンプルの引張強度のプロットは、両方のタイプの縫合糸の強度が酸性、中性、およびアルカリ性溶液で時間の経過とともに減少したことを示しています。

ポリジオキサン構造は酸性溶液中でより劣化し、元の引張強度の41%のみが5週間後に保持され、49%と78%の強度はそれぞれ中性およびアルカリ性溶液のために保持された。ポリグリコネート縫合糸は、5週間後に酸性、中性、アルカリ性溶液の強度の約42%を保持する3つの溶液すべてで同様に分解した。この結果は、両方の材料が高低pHで増強された加水分解性切開の影響を受けやすいエステル結合を有するので期待される。

次に、バイオメディカルエンジニアリング分野で再吸収性材料が使用されている場所を見てみましょう。

このビデオでテストされた縫合糸のような吸収可能な材料は縫合物の除去の必要性を除去する間外科部位の治癒を可能にする外科処置で最も一般的に使用される。しかしながら、再吸収可能な材料は、工学的組織の足場として組織工学においても役割を果たす。吸収可能な組織足場は、組織の初期三次元構造を提供するが、細胞が成長し、独自の構造材料を作成するにつれてゆっくりと分解する。最終的には、初期足場はもはや必要なく、工学的組織は天然組織に近い。

骨移植は、大きな骨折が治癒するのを助けるために、欠損または損傷した骨を交換することを含む。本研究では、5ミリメートルの穴を掘削して頭蓋骨に欠陥を生み出した。骨片を剥離し、骨移植片をフィブリン接着剤を用いて骨に取り付けた。ドナー骨はしばしば使用されるが、吸収可能な物質は、原生骨が成長するにつれて移植片が分解することを可能にする代替手段を提示する。

あなたはちょうどJoVEの再吸収可能な材料の紹介を見てきました。これらの材料が生体内およびインビトロでどのように劣化するかを理解し、劣化による強度変化のテスト方法、および生物医学工学分野におけるこれらの材料の応用を理解する必要があります。見ていただきありがとうございます!

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