Anasys 계기에서 VESTA를 사용하는 중합 의료 기기의 열 전환 속성

커버되는 토픽

배경
소개
기계 사용
실험적인 결과 및 면담
     보기 1: UHMWPE 정형외과 방위 및 물자
          개요
     보기 2: 약 입히는 심장 혈관 Stents
          개요
     보기 3: Vestamid와 Pebax 카테테르
          개요
     보기 4: 콘택트 렌즈
          개요
결론

배경

물자 속성 특성은 의료 기기 디자인, 생산, 및 전 또는 지점 사용 시험의 거의 모든 면에 중앙 입니다. 물자 속성은 일상적으로 연구 및 개발 & 품질 보증에 있는 필요를 충족시키고, 판매를 위한 정식 인가를 장악하기 위하여 평가됩니다. 임상으로 사용되거나 또한 잘 강직, 마모의 기계장치를 이해하기 위하여 실험적으로 일상적으로 분석되는 장치, 그리고/또는 실패.

중합체는 유일하게 또는 카테테르, 전극 지도 절연제 (자극하는 예를들면 심장에게 걷거나 신경), 정형외과 방위, 봉합사, 약 방출 코팅 (예를들면 심장 혈관 stents) 및 더욱 많은을 포함하는 응용에 있는 그밖 물자와 조화하여 널리 이용됩니다. 중합체는 분자량, 약리학적으로 액티브한 코팅에 있는 약의 균등성, 및 혼합, 공중 합체 및 합성물에 있는 상분리의 정도 및 형태학 섞는 결정성에 있는 변경 때문에 길이 밀리미터 가늠자에 미크론에 유형 자산에 있는 상당한 변이가 있을 수 있는 이질적인 물자에는입니다.

중합체의 형태학상 특성은 현미경 검사법의 모형 여러가지 전형적으로 분자량 및 기계적인 병력과 같은 기능 적이고 및 내재적 성질은 (MW) 대량 견본에 공간 정보 제공 없이 전형적으로 평가되는 그러나, 행해집니다. 미분 스캐닝 열량측정, 열 기계적인 분석 및 (DSC) 그 외를 포함하여 대량 (TMA) 열적 분석 기술은 또한 널리 이용됩니다 단계와 구성요소에게 섞기와 같은 중합체 속성에 정보를 이끌어내기 위하여.

그러나, 이 열적 분석 방법은 제조 장치의 "담당자"이기 위하여 희망되는 견본의 평균 또는 골재 속성의 평가로 그 같은 견본이 반드시에서 제거되기 제조 장치로부터 따로따로 만들기 때문에, 제한됩니다. "대표적인" 분석적인 견본부터, 제조 장치에 물자 속성에 있는 제자리 변이 놓쳐지 일지모른습니다 요구됩니다. 장치의 제조 장치 그리고 지구의 분석에 제한 이외에, 존재 열적 분석은 또한 얇은 중합체 코팅에 능력을 발휘하기 거의 불가능합니다.

소개

Vesta (Anasys 계기)는 제조 의료 기기를 전환 온도 현미경 검사법을 통해 기능적인 열 전환 속성을 위해 분석되는 가능하게 하는 새로운 분석적인 계기입니다 (TTM). TTM로, 열 속성의 평가는 장치 견본의 어떤 확인한 특이 부위든지에서 할 수 있어, 따라서 유일하게 열 속성으로 공간 정보를 통합하. 이 열 속성 측정은 MW, 결정성, 구성요소에게 섞고는, 및 연구 및 개발을 인도하고, 생산법 발달을 가능하게 하고, 생산 품질 관리를 제공하기 위하여 이용될 수 있는 단계 분리에 정보를 제공합니다. 게다가, 이 열 기계적인 측정은 또한 장치의 지방화한 강직, 착용 및 또는 실패의 기계장치로 시험 후에 또는 임상 사용 다음 통찰력을 제공합니다.

이 응용 주는 중합 의료 기기의 몇몇 다른 모형의 열 전환 속성의 평가를 설명하고 그 같은 분석에서 주울 수 있는 정보를 토론합니다.

기계 사용

Vesta 계기는 (원자 군대 현미경) 외팔보 AFM 같이에 날조되는 마이크로 기계로 가공한 거꾸로 한 각추 모양 열 탐사기를 편입합니다. 광학적인 현미경은 사용자를 관심사의 견본 지구에 열 탐사기를 두는 가능하게 합니다. 지시될 때, Vesta 시스템은 견본과의 기계적인 접촉으로 그 때 <30 nm 반경 열 탐사기 끝을 가져올 것입니다.

탐사기는 또한 일련의 측정을 실행하거나 전환 온도 지도를 생성하는 자동적인 두기를 위해 프로그램될 수 있습니다 (TTM). 한 번 관심사의 지구와 접촉하여 탐사기 끝은 외팔보가 끝과 견본 사이 과민한 군대 통제 그리고 측정을 제공하는 동안 resistively 격렬합니다. 이것은 견본에 열 탐사기의 물리적인 편향도의 작의의 모양으로 대 탐사기 온도 디스플레이되는 지방화한 열 기계적인 분석을 제공합니다.

대부분의 견본으로 (예를들면 탐사기가 견본이라고 첫째로 가열되는 때 숫자 1)는, 탐사기 끝을 위로 확장하고 이렇게. 전환 온도에, 견본은 연화하는 것을 시작되고 끝은 이렇게 견본으로 내려가는 것을 시작됩니다. 이 온도는 대 편향도 곡선 현지 열적 분석 작의 (LTA)입니다. 탐사기는 온도에 높은 처리량 측정을 필수적으로 가능하게 하는 600,000°C/min까지 경사로 비율로 450°C까지 어떤 중합 유기 물질든지를 위해 적합한, 그로 인하여 가열될 수 있습니다. 물자 연화하고, 녹고 remelting 조차 MW, 단계 및 혼합 섞고는 및 그밖 물리 화학적인 속성에 정보를 제공하기 위하여 감시될 수 있습니다. 측정의 공간적 해상도는 30 nm의 열 탐사기 반경 그리고 물자의 현지 열 속성 에 의지하고 있습니다. 대부분의 중합 시스템으로, 이것은 이하 100 nm 가늠자에 현지 열적 분석을 가능하게 합니다.

실험적인 결과 및 면담

보기 1: UHMWPE 정형외과 방위 및 물자

매우 고분자 중량 폴리에틸렌은 (UHMWPE 또는 PE) 장치의 수백만과 더불어 정형외과 엉덩이와 무릎 방위를 위한 극단적으로 성공적인 방위 물자, 사용중인 그리고 대략 십만 새로운 PE 방위 엉덩이 및 년 당 이식된 무릎 관절 성형술 장치입니다. 그럼에도 불구하고 PE의 착용이 장치 기능을 손상하다, 그리고 이 방위에서 풀어 놓인 착용 미립자가 만성 선동적인 반응을 생성하다, 계속 자리잡힙니다.

따라서, PE 분자량, 결정성 및 교차 결합 조밀도에 있는 변경과 상관되는 산화 및 기계적 마모 를 포함하는 기계장치를 제시한 장치 내구성을 향상하는 집중 연구가 계속 있습니다. 무슨 물자 속성이 총 엉덩이와 무릎 관절 성형술 prosthetics에 있는 장기 biocompatibility를 위해 중요한 완전히 명확하지 않더라도, 물리적인 교차 결합 조밀도 및 크리스탈 형태학은 PE 방위 기능에 영향을 미치기 위하여 유명한 2개의 속성입니다.

PE 크리스탈 구조물의 평가는 어렵고 힘들, 지루한 견본 준비를 대량 견본 또는 장치에서 제거되는 견본을 가진 몇 일을 요구하는 프로세스에 있는 전송 전자 현미경 검사법을 위해 요구하. 지금까지는, 결정성을 위한 급속한 분석 방법 (및 조밀도를 교차 결합시키십시오), 및 제조 장치에 있는 이 임계 성질의 직접 평가를 가능하게 하는 아무 방법도 계속 없습니다. 직접 MW, 결정성 및 교차 결합 조밀도 에 의지하고 있는 열 전환 속성을 평가하는 계기로 Anasys Vesta는, 유일하게 두 실험적인 물자 전부와 생산 장치에서 급속한 측정을 가능하게 합니다.

존재하는 연구 결과에서는, 몇몇 UHMWPE는 산화 방지제로 제공된 알파 토코페롤 (비타민 E)로 주입된 넓은 사용중에서 것과 같이 전통적인 UHMWPE, 방사선에 의하여 교차 결합된 UHMWPE 및 UHMWPE를 포함하여 이들이 착용하기 위하여 더 거칠고 보다 적게 수그린 것처럼 보이기 때문에 분석되었습니다. 추가적으로, 확인된 지구에 있는 분자 강직을 설명하는 만회된 explanted 무릎 방위는 검토되었습니다.

숫자 1은 몇몇에게 대략 5 x 10.의 (LTA) 점성 평균 MW를 가진 처녀 UHMWPE (GUR 1050년 수지)를 위한 대표적인 현지 열적 분석 작의를 보여줍니다.6 이 숫자는 또한 100와 kGy 방사선 십자가 연결 후에 동일 PE를 위한 LTA 작의를 보여줍니다. 유엔 교차 결합된 PE는 139°C.에 T 개시와 더불어 MW 그리고 구성 균등성에 대조적으로 독특한,m 분자 이성분을 표시하는 방사선에 의하여 교차 결합된 PE에 의하여 전시된 상당한 불규칙성의 LTA 작의 매끄러운 곡선을 보여줍니다. 이 물자의 Tm는 이 물자의 DSC 분석으로 일관된 139°C에 견부와 더불어 262°C에, 생겼습니다. [4] 게다가, 탐사기는 방사선에 의하여 교차 결합된 PE로 깊은 곳에서로 유엔 교차 결합된 PE 보다는 더 적은 보다는 절반을 돌파했습니다. 이 열 기계적 성질은 방사선에 의하여 교차 결합된 PE의 알고 있고던과 예상한 속성으로 일관됩니다.

숫자 1. 현지 열적 분석 (LTA) 작의는 유엔 교차 결합된 UHMWPE의 기계적인 개악을 보여줍니다 (~139°C)와 100 kGy 방사선에 뾰족해지는 매끄러운 파란 곡선은, 보다 적게 매끄러운 빨간, UHMWPE를 교차 결합시켰습니다 (~262°C)에 뾰족해지는 곡선. 삽입물 사진은 공가 열 탐사기를 보여주어 화살이 유엔 교차 결합된 견본을, 외팔보의 밑에 있는 열 탐사기 끝의 위치를 표시하는 상태에서 투영하.

숫자 2는 방사선에 의하여 교차 결합된 PE의 alphatocopherol (비타민 E) 임신된 견본을 위한 3개의 LTA 작의를 보여줍니다. 견본에는 명확하게 눈에 보이는 알파 토코페롤 내용의 기온변화도가 있습니다 (보여주지 않는). 기온변화도를 통해 다른 점에 취한 LTA 곡선은 alphatocopherol의 상부가 열 전환 곡선에 대한 상당한 효력을, T.의 밑에 있는 120°C에 더 연약한 물자에 상관하는 상태에서 보여줍니다.m 따라서, alphatocopherol는 사격량 의존하는 plasticization 효력을 유도합니다.

숫자 2. 현지 alphatocopherol의 열적 분석 작의는 방사선에 의하여 교차 결합된 UHMPE를 임신시켰습니다. 물자의 연화는 알파 토코페롤 내용과 상관하기 위하여 관찰됩니다.

상당한 물자 고장을 보여준 explanted UHMWPE 무릎 방위는 사진 (3a)의 왼쪽에, 특히 검토되었습니다. 이 임상 임플란트의 상세한 역사는 모릅니다, 그러나 이 임플란트는 전에 이십년에 관하여 생성했습니다. LTA Vesta의 보다 적게 명백하게 손상을 입힌 물자에 있는 물자 속성을 평가하기 위하여 기능을 평가하는 것은 임플란트의 매우 보다 적게 손상을 입힌 오른쪽에 2개의 지구에 능력을 발휘했습니다. 이 지구는 숫자 3.에서 보이는 것처럼 따로따로 3-4 mm이었습니다. 장치의 가장자리의 가까이에 1개의 지구는 두번째 지구가 그렇지 않으면 변색 (3c)와 같은 명백한 손상을 보여주지 않은 3개 x 1개 mm 구덩이 circa a에 있는 동안 초기로 보였습니다 (3b).

피해가 없는 지구에 있는 열적 분석은 유사한 고유한 UHMWPE에 보여주었습니다 (독특했던 매끄럽고 일관된 LTA 곡선을 T 전환에 1)를 그러나m 108°C.에 계산하기 위하여. 숫자 1에 있는m 더 높은 T와 비교된 이 더 낮은m T 전환은, 거의 확실하게 이 임플란트이라고 만들어진 당시에 이용된 MW 중합체를 낮추게 예정입니다. 1개의 LTA 곡선이, 상당히 변화된 구덩이의 한가운데에 취한 피해가 없는 지구, LTA 곡선과 달리 MW 고장을 표시하는 다중 전환, 및 나타나는 초를 보여주는 상태에서 더 많은 것은 천연 PE를 좋아합니다. 이 변이는 손상을 입힌 지구가 중합체에 있는 MW, 결정성, 산화, 또는 그밖 변경을 표시하는 추가 가지가지 열 속성을, 아마 전시한다는 것을 보여줍니다. 이 지구를, 구덩이를 제외하면, 주의되는 것과 같이 그렇지 않으면 시력 검사에 의해 피해가 없고 유엔 변색해 나타납니다. 따라서, Vesta를 가진 열 기계적인 분석은 중합체 속성에 있는 비 명백한 변경을 검출할 수 있습니다.

explanted UHMWPE 무릎 방위 (a) 및 화살로 표시되는 LTA 분석의 2개의 지구의 숫자 3. 사진. b에서 보이고 위 파란 화살로 표시된 지구는 눈에 보이는 손상을 보여주지 않습니다. 더 낮은 빨간 화살로 표시된 지구 c는 작은 구덩이에 있습니다. 현지 열적 분석 곡선 (e)는 2개의 지구를 위해 보입니다: 지구 b (108°C 첨단을 가진 파란 곡선)와 지구 c (118°C를 가진 빨간 곡선에는, 그중 하나 있습니다 두번째 176°C 첨단이 뾰족해집니다.

개요

LTA 전통에 있는 MW를, 결정성 및 또는 교차 결합 조밀도, 교차 결합된 방사선, 및 알파 토코페롤에 의하여 임신된 UHMWPE는 표시하는 열 속성에 있는 변경을 식별할 수 있습니다. 게다가, LTA 이전에 이식한 전체적인 무릎 방위로 보이는 것과 같이 착용 또는 그밖 손상 때문에 시력 검사에 명백하지 않은 PE 속성에 있는 현지 변경을 검출할 수 있습니다.

보기 2: 약 입히는 심장 혈관 Stents

약에 의하여 입힌 stents는 미국에 있는 환자에서 매년마다 둔 몇몇 십만을 가진 interventional 심장에서 널리 이용됩니다. 매트릭스 중합체에 있는 약의 배급에는, 약의 결정성, 및 중합체 매트릭스의 MW 및 결정성에는 차례차례로 매우 생물학 반응을 바꿀 수 있는 방출 활동에 대한 상당한 효력이 있습니다. IR와 라만과 같은 분광 microscopies가 미크론 가늠자에 코팅 내의 심상 약 배급 할 수 있는 동안 그 같은 방법은 미크론 이하 해결책 제공에 있는 그들의 기능에서 제한됩니다. 이차적으로, 지금까지는, 알려진 방법은 직접 결정성을 측정하거나 stents에 입힌 약과 매트릭스 중합체의 섞을 실행할 수 있지 않았습니다. 미크론 이하 LTA Vesta로 가능하게 된 상태에서, 이것은 지금 가능합니다. 뒤에 오는 연구 결과에서는, 몇몇 약 입히는 stents는 분석되었습니다. 이 코팅은 전부 많 DL 젖 산성 (PDLLA) 중합체 매트릭스에 근거를 두고, 그러나 정립에서 그렇지 않으면 변화되었습니다.

신뢰성 때문에 stents 및 그들의 구성의 근원은 다음에 나오는 테이블에서 제공되지 않습니다:

Stent 모형

정립

용매

상표 X

PDLLA + 약 A + 부형제

용매 1

상표 Y

PDLLA + 약 B + 부형제

용매 2

상표 Z

PDLLA + 약 C + 부형제

용매 3

LTA 곡선은 Vesta로 장악된 각 stent의 분석의 지구의 현미경 사진과 더불어 숫자 4에 있는 각 stent를 위해, 보입니다. 작의는 보여주어, 기동전대 전환이 3개의 stents를 위해 약간 달랐다는 것을 63에서 71°C.에 구역 수색하. 이 전환은 순수한 PDLLA의 전형적인 50-60°C T 보다는g 약간 더 높습니다. 이것은 약의 포함 LTA에서 또는 때문에 사용된 더 높은 난방 비율 때문일 지도 모릅니다.

숫자 4. 전형적인 LTA 곡선은 레테르를 붙인 평균 피크 열 전환을 가진 각 stent를 위해 보입니다 (화살). 분석된 지구의 현미경 사진은 각 stent "상표를 위해 보입니다."

Vesta는 그 때 소집에 있는 기동전대 측정 (TTM)의 전환 온도 지도를 제공하기 위하여 이용되었습니다. 각 지도를 위해, 36의 분리되는 LTA 측정은 50 x 50 um 지구에 있는 10의 umspatial 간격으로 자동적으로 실행되었습니다 (숫자 5). 3개의 stents를 위한 기동전대 개시의 균등성 그리고 패턴에 있는 상당한 다름을 주의하십시오. 약에는 PDLLA 매트릭스 보다는 상당히 더 높은 전환 온도가 있기 때문에, 이것은 열로 분석된 ~30 nm 지구의 각각에 있는 약의 현지 내용에 있는 상당한 다름이 있었다는 것을 표시합니다. T) 상대적으로 획일한 구성 (t)에 의해 포위되는으로 측정되는 예를 들면, 상표 Y stent는 아주 높은 약 내용g의 단 하나 지구를 보여주었습니다 (g. 대조적으로, 상표 Z에 있는 약 내용의 아주 작은 범위, 및 상표 X.에서 중거리가 있었습니다.

숫자 5. 전환 온도 지도는 3개의 stents를 위해 보입니다. 각 지도 36 분리되는 측정을 위해 x-y 격자에 있는 10의 um 공간 간격으로 장악되었습니다. 각 색상환은 T (군기 가늠자의 개시와 더불어g 단 하나 측정을, 에 의해 묘사되는 °C) 나타냅니다.

개요

3개의 다른 stents가 그들의 평균 열 속성에서 상당히 변화했다는 것을 이 열 속성의 배급의 형태학상 특성에서 명확하게, 관찰되고. 관찰된 지배적인 열 전환은 PDLLA의g T이었습니다. Vesta로 능력을 발휘한 열적 분석이 약에 의하여 입힌 stents 내의 중요한 구성과 형태학상 구조물을 검출할 수 있다는 것을 전반적으로, 보였습니다.

보기 3: Vestamid와 Pebax 카테테르

2개의 상업적으로 이용 가능한 카테테르는 숫자 6.에서 보이는 것처럼 장악되고 그 후에 검토되었습니다. 이들은 Vestamid 카테테르 (나일론)와 Pebax (구획 copolyamide)에게서 한 카테테르이었습니다. 이 특정 카테테르 견본의 구성 세부사항은 다르게 불명합니다. Vestamid 카테테르는 Pebax 카테테르는 160±3°C.의m 아주 일관된 T를 보여주었는 그러나, 120±3°C의 아주 일관된m T를 보여주었습니다. 이 Tm 전환은 이 상업적으로 이용 가능한 물자의 알려진 속성으로 일관된 것처럼 보입니다.

숫자 6. (빨간) Vestamid 카테테르 및 Pebax 카테테르 (파란 곡선)를 위한 녹는 온도의 LTA 곡선 및 범위.

개요

이 카테테르의 Vesta 분석은 이렇게 군등성을 표시하는 높게 획일한 Tm 측정을 보여주었습니다.

보기 4: 콘택트 렌즈

2개의 사용되지 않는 떨어져 선반 콘택트 렌즈는 LTA로 검토되었습니다. 두 렌즈 다 같은 크기, 상표 및 구성, 그러나 힘에서 변화해 (- 3.50와 -3.00)이고, 대략 1 년 격세하 생성했습니다. 이 렌즈는 히드로겔 시트로 구성되었습니다, 그러나 신뢰성 때문에 근원 및 구성은 여기에서 적발되지 않습니다. 렌즈는 그들의 본래 소비자 포장에서 제거되고, 증류수의 3개의 20 ml 변경에 있는 이상 4 시간 동안 어떤 포장 소금 및 또는 부식방지제든지 제거하기 위하여 헹구고, 그 후에 밤새껏 공기 말려짔습니다.

Tm가 2개의 렌즈 사이에서 경미하게 변화했다는 것을 숫자 7은 보여줍니다. 3.0 및 3.5 힘 렌즈는 각종 위치에 있는, 140.2±2°C의 비열한 ±m 표준 편차 T 및 각 렌즈의 10의 분리되는 LTA 측정에서 144.4±1.8°C 각각 가지고 있었습니다. 각 렌즈는 그것의 자신의 열 속성에서 확실히 일관되었습니다, 그러나 2개의 렌즈는 동일 Tm를 비치하지 않았습니다. 이러한 두 종류 유사한 렌즈를 위한m 제작 프로토콜에 있는 중합체, 그밖 화학 분대, 그리고/또는 경미한 다름의 MW에 있는 작은 다름이 있었다는 것을 렌즈 사이 T에 있는 4°C 다름 circa 건의합니다.

숫자 7. LTA 측정 곡선 및 2개의 사용되지 않는 떨어져 - - 선반 히드로겔 시트 콘택트 렌즈의 평균 녹는 온도 (비열한 ± sd). -3.00 렌즈 곡선은 공산분자 (더 낮은 세트)에서 보입니다 -3.5 렌즈 곡선은 파랑 (놓이는 갑피)에서 보이고.

개요

Vesta 분석은 10의 다른 측정 위치에 있는 각 콘택트 렌즈의 Tm의 균등성을 제시했습니다. 그러나, Vesta는 또한 다른 배치에서 제조된 2개의 다른 렌즈에는 중합체 구조물 또는 화학에 있는 약간 다른 녹는 온도가 다름을 표시하는 있었다는 것을 제시했습니다.

결론

Anasys Vesta는 실험의 열 전환 속성의 강력한 분석을 가능하게 하고 완전 기능 의학은 중합체를 파생합니다. Vesta는 현지 열적 분석을 가능하게 하고 (LTA) 전환 온도 지도로 나타내는 것은 (TTM) 시력 검사 또는 전통 분광 현미경 검사법에서 명백하지 않은 아랫사람 구조상과 구성 세부사항을 제시합니다. Vesta 분석은 약 코팅 구조물과 기능으로 통찰력, 중합 분자 강직 및 제품 균등성을 제공합니다. Vesta가 기능적인 완전히 제조 장치 그리고 explanted 장치에 그 같은 측정을 가능하게 하기 때문에, 그 같은 정보는 연구 및 개발, 품질 관리, 품질 보증 및 실패 분석에 즉시 적용될 수 있습니다.

근원: VESTA를 사용하는 의료 기기의 Nanoscale 열적 분석
저자: Steven Goodman, Khoren Sahagian, 및 Kevin Kjoller
이 근원에 추가 정보를 위해 Anasys 계기를 방문하십시오

Date Added: May 27, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:35

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