Den Termiska ÖvergångsRekvisitan av Polymeric Medicinska Apparater som Använder VESTAEN från Anasys, Instrumenterar

Täckte Ämnen

Bakgrund
Inledning
Instrumentation
Experimentella Resultat och Diskussion
     Exempel 1: Lager och Material för UHMWPE Ortopediska
          Summariskt
     Exempel 2: Drog Täckte Kardiovaskulära Stents
          Summariskt
     Exempel 3: Vestamid och Pebax Catheters
          Summariskt
     Exempel 4: KontaktLinser
          Summariskt
Avslutningar

Bakgrund

Karakteriseringen för Materialegenskap alla är centralen till nästan fasetterar av medicinsk apparatdesign, produktion och pre eller posta-bruk att testa. Den Materiella rekvisitan utvärderas rutinmässigt för att möta behov i R&D & kvalitets- försäkring och för att erhålla till salu reglerande godkännande. Apparater, som har använts clinically eller försöksvis också analyseras rutinmässigt för att förbättra förstår mekanism av degradering, ha på sig och river och/eller fel.

Polymrer används brett endera endast eller i kombination med andra material i applikationer som inkluderar catheters, bly- isoleringar för elektrod (e.g hjärt- stega eller nerven som stimulerar), ortopediska lager, suturer, drogfrigörarbeläggningar (e.g kardiovaskulära stents) och många mer. Polymrer är heterogena material som kan ha verkliga variationer i läkarundersökningrekvisita över mikron till millimeterlängd fjäll ändrar tack vare i molekylärt väger, crystallinity som pharmacologically blandar likformighet av droger i aktivbeläggningar, och graden och morfologin av arrangerar gradvis avskiljande i blandningar, co-polymrer och komposit.

Den Morfologiska karakteriseringen av polymrer göras typisk med olika typer av microscopy, väger den funktionella och inneboende rekvisitan för stunder liksom molekylärt, (MW) och mekanisk styrka utvärderas typisk på bulk prov, utan att ge rumslig information. Calorimetry för scanning för Bulk tekniker för termisk analys är inklusive (DSC) differentiell, termisk mekanisk (TMA) analys och andra också brett van vid elicit information på polymerrekvisita liksom arrangerar gradvis och del- blandning.

Emellertid begränsas dessa metoder för termisk analys till bedömningen av genomsnittet, eller aggregatrekvisitan av tar prov som hoppas för att vara ”representativ” av tillverkade apparater, sedan sådan tar prov nödvändigtvis tas bort från eller skapas separat från tillverkade apparater. Sedan ”representativa” analytiska prov krävs, i situvariationer i materiell rekvisita på tillverkade apparater kan missas. Förutom begränsningar på analysen av tillverkade apparater och regioner av apparater är existerande termiska analyser också nästan omöjliga att utföra på tunna polymerbeläggningar.

Inledning

Vestaen (Anasys Instrumenterar), är ett nytt analytiskt instrumenterar som möjliggör tillverkade medicinska apparater som ska analyseras för funktionell termisk övergångsrekvisita via Microscopy för ÖvergångsTemperatur (TTM). Med TTM kan bedömningen av termisk rekvisita göras i någon identifierad specifik region av en apparat eller ett prov, således integrera unikt rumslig information med termisk rekvisita. Denna termiska egenskapsmätning ger information på MW, crystallinity, del- blandning och arrangerar gradvis segregeringen som kan vara van vid vägleder R&D, möjliggör produktionmetodutveckling och ger den kvalitets- produktionen kontrollerar. Dessutom ger ha på sig dessa thermo mekaniska mätningar också inblick in i mekanism av lokaliserad degradering, och/eller fel av apparater efter att ha testat eller efter kliniskt bruk.

Denna applikation noterar illustrerar bedömningen av termisk övergångsrekvisita av flera olika typer av polymeric medicinska apparater och diskuterar informationen som kan plocka ax från sådan analyser.

Instrumentation

Vestaen Instrumenterar inkorporerar enbearbetad med maskin inverterad pyramidal termisk sond som fabriceras på ennågot liknande (atom- styrkamikroskop) cantilever. Ett optiskt mikroskop möjliggör användare för att placera den termiska sonden på tar prov regioner av intresserar. När det riktas, kommer med det Vesta systemet som därefter ska, spetsen för sonden för radien för <30 nm den termiska in i mekanisk kontakt med prov.

Sonden kan också programmeras för automatiskt placera för att som utför en serie av mätningar, eller att frambringa en ÖvergångsTemperatur Kartlägga (TTM). En Gång i kontakt med regionen av intressera sondspetsen är resistively värmde stunder som cantileveren ger känslig styrka kontrollerar och mätningen mellan spetsen och tar prov. Detta ger lokaliserade thermo mekaniska analyser som visas i form av en täppa av läkarundersökningavböjningen av den termiska sonden på prov kontra sondtemperaturen.

Med mest prov (Figurera e.g. 1), som sonden värmas, utvidgar prov först och thus flyttningar sondspetsen upp. På en övergångstemperatur börjar det ska prov att mjukna, och spetsen börjar thus till flyttningen besegrar in i prov. Denna avböjning för temperaturen buktar kontra är en täppa för termisk analys (LTA) för lokal. Sonden kan vara värmd upp till 450°C på rampen klassar upp till 600,000°C/min som därmed möjliggör kickgenomgångsmätningar på temperaturer, anslå för i grunden any polymeric eller organiskt materiellt. Materiell uppmjukning, smältning och remelting även kan övervakas för att ge information på MW, för att arrangera gradvis och blanda blandning och annan physicochemical rekvisita. Den rumsliga upplösningen av mätningen är anhörigen på den termiska sondradien av 30 nm och på den termiska rekvisitan för lokalen av det materiellt. Med mest polymeric system möjliggör detta termisk analys för lokal på ett underfjäll för 100 nm.

Experimentella Resultat och Diskussion

Exempel 1: Lager och Material för UHMWPE Ortopediska

Ultra molekylär kick - väga polyetylen (UHMWPE eller PE) är extremt lyckat uthärda som är materiellt för ortopediska höft- och knälager, med miljoner av apparater som är i bruk, och omkring en hundra tusen ny PE-uthärda höft och knäarthroplastyapparater som inympas per år. Icke desto mindre har det varit long etablerat att ha på sig av PEN försämrar apparaten fungerar och det ha på sig ämne som består av partiklar som är utsläppt från dessa lager frambringar kroniska upphetsas svar.

Därför har det finnas omfattande forskning som förbättrar apparathållbarhet som har avslöjt mekanism, som inkluderar mekaniskt ha på sig, och oxidation, som korreleras med ändringar i molekylär PE, väger, crystallinity och crosslinktäthet. Även Om den inte är helt klar vilken materiella rekvisita är viktig för långsiktig biocompatibility i sammanlagd höft och knäa arthroplastyprosthetics, är läkarundersökningcrosslinktäthet och crystalline morfologi två rekvisita som är välkänd att påverka att uthärda för PE fungerar.

Den crystalline utvärderingen av PE strukturerar är svår, och mödosamt, tar prov att kräva som är tröttande, förberedelsen för överföringselektronmicroscopy i ett processaa som kräver flera dagar med prov, som tas bort från i stora partier tar prov eller apparater. Till nu, har det intefinnas inga foranalysmetoder för crystallinity (och crosslink täthet) och några metoder som möjliggör riktautvärderingen av dessa kritiska rekvisita i tillverkade apparater. Anasysen Vesta, som en instrumentera, som utvärderar termisk övergångsrekvisita, som är direkt anhörigen på MW, crystallinity och crosslinktäthet, möjliggör unikt foren mäter i båda experimentella material och i produktionapparater.

I den närvarande studien var flera UHMWPE analyserade inklusive konventionella UHMWPE som i brett bruk, utstrålning arg-anknöt UHMWPE, sedan dessa verkar mer tuff och mindre benägna att ha på sig och UHMWPE infused med alfabetisk-tocopherolen (vitamin E) förutsatt att som en antioxidant. I tillägg hämtat explanted undersöktes som uthärda för knä visar molekylär degradering i identifierade regioner.

Figurera shows 1 flera representativa täppor för termisk analys (LTA) för lokal för oskulden UHMWPE (kåda för GUR 1050) med ett klibbighetgenomsnitt MW av ungefärligt 5 x 106. Detta figurerar visar också LTA täppor för den samma PEN, når dethar anknutit med kGy utstrålning 100. Dencrosslinked PEN visar att en släta buktar, som är kännetecken av MW och compositional likformighet, med en T-mstart på 139°C. I kontrast ställde ut LTA täpporna av den utstrålning arg-anknöt PEN verklig oriktighetindikativ av molekylär heterogeneity. Tmen av detta materiellt som uppstås på 262°C, tillsammans med en knuffa på 139°C som är jämn med DSC-analys av denna som är materiell. [4] Dessutom det sond trängda igenom mer mindre än halvt som djupt in i den utstrålning arg-anknöt PEN än dencrosslinked PEN. Dessa termiska mekaniska rekvisita är jämn med bekant och förväntad rekvisita av utstrålning arg-anknuten PE.

Figurera 1. Deformering för showen för täppor (LTA) för termisk analys för Lokalen arg-anknöt mekanisk av un-crosslinked UHMWPE (släta blått buktar att nå en höjdpunkt på ~139°C) och kGy utstrålning 100 röd UHMWPE (, släta, buktar mindre att nå en höjdpunkt på ~262°C). Sätta In cantileveren för sonden för fotoshows som den termiska overlying detcrosslinked prov, med pilarna som indikerar läget av den termiska sondspetsen som är under cantileveren.

Figurera 2 shows som tre LTA täppor för en genomdränkt alphatocopherol (vitamin E) tar prov av den utstrålning crosslinked PEN. Ta prov har en nöjd lutning av alfabetisk-tocopherolen som är klart synlig (inte visat). Det LTA buktar taget på olikt pekar över lutningshowen som en väsentlighet verkställer på den termiska övergången buktar, med higher jämnar av alphatocopherolen som korrelerar till ett mer mjuk materiellt på 120°C, som är nedanför Tenm. Således framkallar alphatocopherolen enberoende plasticization verkställer.

Figurera 2. Crosslinked täppor för termisk analys för Lokal av alphatocopherolen genomdränkt utstrålning UHMPE. Uppmjukning av det materiellt observeras för att korrelera med den nöjda alfabetisk-tocopherolen.

Explanted uthärda för UHMWPE-knä undersöktes, som visade verkligt materiellt sammanbrott, speciellt på vänster sida av fotoet (3a). Den specificerade historien av denna kliniska implantat är inte bekant, men denna implantat producerades omkring två årtionden sedan. Att att utvärdera kapaciteten av Vestaen för att bedöma materiell rekvisita i mindre självfallet skadada material som VAR LTA utfördes på två regioner på den mycket mindre skadada rätsidan av implantatet. Dessa regioner var en mm 3-4 ifrån varandra, som visat in Figurera 3. En region nära kanta av apparaten visades pristine stunder (3b) som understödjaregionen var i a circa 3 x 1 en mmgrop, som visade annars ingen tydlig skada liksom missfärgning (3c).

Termisk analys i den visade oskadade regionen slätar, och jämnt LTA buktar kännetecken av infödingen liknande UHMWPE (att Figurera 1) men med en T-mövergång på 108°C. Denna lägre T-mövergång som jämförs till den högre Tenm Figurerar in, 1, är mest rimlig tack vare lägre MW-polymrer som användes på tiden som, denna implantat gjordes. I kontrast till den oskadade regionen buktar det LTA taget i en mitt av den omväxlande gropen väsentligen, med en som ÄR LTA, bukta indikativen för visningmultipelövergångar av MW-sammanbrottet och en understödja som verkar mer lik infödd PE. Denna variation visar att skadada regioner ställer ut mer omväxlande termisk rekvisita, rimlig indikativ av MW, crystallinity, oxidation eller andra ändringar i polymern. Som noterat, bortsett från gropen, denna region verkar annars oskadat och un-missfärgat av visuellt hjälpmedelkontroll. Således är termisk-mekanisk analys med Vestaen kompetent att avkänna non-tydliga ändringar i polymerrekvisita.

Figurera 3. Fotografera av explanted uthärda för ett UHMWPE-knä (a) och två regioner av LTA analys som indikerat med pilarna. Regionen som visas i b och indikeras med övreblåttpilen, visar ingen synlig skada. Region c som indikeras med lägre röd pil, är i den små gropen. Buktar termisk analys för Lokalen (e) visas för de två regionerna: Region b (blått buktar med maximal 108°C) och röd region c (buktar med 118°C nå en höjdpunkt, en av som har en maximal understödja 176°C.

Summariskt

LTA kompetent att urskilja ändringar i termisk rekvisitaindikativ av MW, är crystallinity- och/eller crosslinktäthet i konventionellt, arg-anknuten utstrålning och alfabetisk-tocopherolen genomdränkt UHMWPE. Dessutom LTA kan avkänna lokaländringar i PErekvisita tack vare för att ha på sig eller annan skada, som inte är tydlig på visuellt hjälpmedelkontroll, som visat med föregående inympat helt uthärda för knä.

Exempel 2: Drog Täckte Kardiovaskulära Stents

Drogen täckte stents används brett i interventional cardiology med flera hundra tusen som förläggas i tålmodig i Förenta staterna varje år. Fördelningen av drogen i matrispolymern, crystallinityen av drogen, och MWEN och crystallinityen av polymermatrisen har väsentlighet verkställer på frigörarkineticsen, som i sin tur kan väldeliga förändra biologiska svar. Kan spectroscopic microscopies för Stunder liksom IR och Raman avbilda drogfördelning inom beläggningar på mikronfjäll, sådan metoder begränsas i deras kapaciteter, i att ge submicronupplösning. Secondly, tills nu, ingen bekant metod kunde direkt mäta crystallinity eller arrangera gradvis blandning av droger och matrispolymrer som täcktes på stents. Med det LTA för submicron som möjliggöras med Vestaen, är denna nu möjligheten. I efter studien analyserades flera drog-täckte stents. Alla Dessa beläggningar baserades på poly-DL-lactic syrliga matriser för polymer (PDLLA), men annars omväxlande i utformning.

För resonerar av tystnadsplikt källorna av stentsna, och deras sammansättningar ges inte i efter bordlägga:

StentTyp

Utformning

Vätska

Brännmärka X

PDLLA + Drog A + excipients

Vätska 1

Brännmärka Y

PDLLA + Drog B + excipients

Vätska 2

Brännmärka Z

PDLLA + Drog C + excipients

Vätska 3

Ett LTA buktar visas för varje stent Figurerar in 4, tillsammans med en photomicrograph av regionen av analys av varje stent erhållande med Vestaen. Täpporna visar att Tg-övergångarna var litet olika för de tre stentsna och att spänna från 63 till 71°C. Dessa övergångar är något högre än den typiska 50en-60°C Tg av ren PDLLA. Denna kan vara den högre uppvärmningen klassar tack vare använt i det LTA eller tack vare medräknandet av drogen.

Figurera 4. Ett typisk LTA buktar visas för varje stent med den märkta genomsnittliga maximala termiska övergången (pilar). Micrographs av den analyserade regionen visas för varje stent ”brännmärker.”,

Vestaen var van vid ger därefter ÖvergångsTemperatur Kartlägger (TTM) av Tg-mätningar i en samling. För varje kartlägga, 36 separata LTA mätningar utfördes automatiskt på 10 umspatial mellanrum i um en region 50 x 50 (Figurera 5). Notera de verkliga skillnaderna i likformigheten och mönstra av Tg-starten för de tre stentsna. Sedan drogerna har väsentligen högre övergångstemperaturer än PDLLA-matrisen, indikerar denna att det fanns verkliga skillnader i lokalen som var nöjd av drogen i varje av de ~30 nm-regionerna som analyserades termiskt. Till exempel visade stenten för Brännmärka Y en singelregion av mycket nöjt för kickdrog (som mätt med Tg) som omgavs av förhållandevis enhetlig sammansättning (Tg). I kontrast fanns det ett mycket litet spänner av den nöjda drogen Brännmärker in Z och en intermediate - spänna Brännmärker in X.

Figurera 5. Övergångstemperaturen kartlägger visas för de 3 stentsna. För varje kartlägga 36 separata mätningar erhölls på 10 um rumsliga mellanrum i ett x-y raster. Färgat Varje cirklar föreställer en singelmätning, med starten av Teng (°C) som visas av färgafjäll.

Summariskt

Det observerades klart att de tre olika stentsna som var omväxlande betydligt i deras genomsnittliga termiska rekvisita och i det morfologiska teckenet av fördelningen av dessa termiska rekvisita. Den observerade framträdande termiska övergången var Teng av PDLLAEN. Total- har det visats att termisk analys som utförs med Vestaen kan avkänna viktig compositional och morfologiskt för att strukturera inom drogen täckte stents.

Exempel 3: Vestamid och Pebax Catheters

Två kommersiellt - tillgängliga catheters erhölls och undersöktes därefter, som visat in Figurera 6. Dessa var en catheter som gjordes från den Vestamid catheteren (ett nylon) och från Pebax (en kvartercopolyamide). Compositional specificerar av dessa den specifika catheteren tar prov är annars okänt. Den Vestamid catheteren visade en mycket jämn Tm av 120±3°C, fördriver den Pebax catheteren visade en mycket jämn Tm av 160±3°C. Dessa T-m övergångar verkar jämna med den bekant rekvisitan av dessa kommersiellt - tillgängliga material.

Figurera 6. LTA buktar och spänner av den smältande temperaturen för (den röda) Vestamid catheteren och den Pebax catheteren (blått buktar).

Summariskt

Vesta analys av dessa catheters visade högt enhetliga Tm-mätningar som indikerar thus enhetlig rekvisita.

Exempel 4: KontaktLinser

Två oanvända av--hylla kontaktlinser undersöktes med LTA. Båda linser var samma storleksanpassar, brännmärker och sammansättning, men omväxlande driva in (- 3,50 och -3,00) och producerades omkring ett år ifrån varandra. Dessa linser komponerades av en hydrogel, men för resonerar av tystnadsplikt källan, och sammansättning avslöjs inte här. Linserna togs bort från deras original- konsument som paketerar, sköljde för över 4 timmar i tre 20 ml ändringar av destillerat bevattnar för att ta bort något paketera saltar och/eller preservatives och därefter lufta-torkat över natten.

Figurera 7 visar det Tmen som är omväxlande litet mellan de två linserna. 3,0na och 3,5na driver linser hade respektive, genomsnittlig ±standardavvikelse Tm av 140.2±2°C, och 144.4±1.8°C från 10 separata LTA mäter av varje lins i olika lägen. Varje lins var ganska jämn i dess egna termiska rekvisita, yet de två linserna hade inte den samma Tmen. Circa skillnaden 4°C i Tm mellan linserna föreslår att det fanns en liten skillnad i MWEN av polymrerna, andra kemiska delar och/eller obetydliga skillnader i fabriceringprotokollen för dessa två liknande linser.

Figurera 7. LTA mätningen buktar och den genomsnittliga smältande temperaturen (genomsnittlig ± sd) av två oanvända av - - linser för hyllahydrogelkontakt. na-3,00 som linsen buktar, visas i rött (lägre uppsättning), och -3,5 linsen buktar, visas i blått (övreuppsättning).

Summariskt

Vesta analys avslöjde likformighet av Tmen av varje kontaktlins i 10 olika mätningslägen. Emellertid avslöjde Vesta också att de två olika linserna som tillverkas i olikt grupperar hade litet olika smältande temperaturer att indikera skillnader i polymer för att strukturera eller kemi.

Avslutningar

Anasysen Vesta möjliggör kraftiga analyser av termisk övergångsrekvisita av experimentellt och fullständigt - den funktionella läkarundersökningen härleder polymrer. Vesta möjliggjorde termiska analyser för lokal, (LTA) och att kartlägga för övergångstemperatur (TTM) avslöjer den strukturella underlingen, och compositional specificerar som inte är påtaglig från visuellt hjälpmedelkontroll eller från konventionell eller spectroscopic microscopy. De Vesta analyserna ger inblick in i att täcka för drog strukturerar och fungerar, polymeric molekylär degradering och produktlikformighet. Sedan Vesta möjliggör sådan mätningar på funktionella fullständigt tillverkade apparater och på explanted apparater, kan sådan information klart appliceras till R&D som är Kvalitets- Kontrollerar, Kvalitets- Försäkring och FelAnalys.

Källa: Nanoscale Termisk Analys av Medicinska Apparater genom Att Använda VESTAEN
Författare: Steven Husfader, Khoren Sahagian och Kevin Kjoller
För mer information på denna källa behaga besök Anasys Instrumenterar

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit