Nitinol biokompatibilitás - Nitinol biocompatibility

A nitinol biokompatibilitás fontos tényező az orvosbiológiai alkalmazásokban. A nitinol (NiTi), amelyet nikkel és titán (~ 50% Ni) ötvözésével állítanak elő , egy alakemlékező ötvözet, amelynek szuperelasztikus tulajdonságai jobban hasonlítanak a csontokhoz, összehasonlítva a rozsdamentes acéllal , egy másik általánosan használt bioanyaggal . A Nitinolt használó biomedikai alkalmazások közé tartoznak a sztentek , a szívbillentyű -szerszámok , a csonthorgonyok, a kapcsok, a septális hibás eszközök és az implantátumok. Ez egy általánosan használt bioanyag, különösen a stent technológia kifejlesztésében.

A biokompatibilis fémek kombinációját tartalmazó vagy más bioanyagokkal együtt használt fémimplantátumokat gyakran tekintik szabványnak sok implantátum típusnál. A passziválás olyan folyamat, amely eltávolítja a korrozív implantátumokat az implantátum-test felületről, és oxidréteget hoz létre az implantátum felületén. A folyamat fontos ahhoz, hogy a bioanyagok biokompatibilisek legyenek.

A leggyakoribb passziválási módszerek áttekintése

Amikor anyagokat vezetnek be a testbe, nem csak az a fontos, hogy az anyag ne károsítsa a testet, hanem az is, hogy a test környezete ne károsítsa az implantátumot. Az egyik módszer, amely megakadályozza az ebből a kölcsönhatásból eredő negatív hatásokat, passziválásnak nevezik .

Általában a passziválást olyan folyamatnak tekintik, amely nem reagáló réteget hoz létre az anyagok felületén úgy, hogy az anyag védve lehet a környezet okozta károktól. A passziválás számos mechanizmuson keresztül valósítható meg. Passzív rétegek készíthetők egyrétegű összeszereléssel polimer oltással. Gyakran a korrózióvédelem érdekében passzív rétegeket hoznak létre oxid vagy nitrid rétegek képződésével a felületen.

TiO 2 egység cellaszerkezet

Oxid filmek

A passziváció gyakran előfordul bizonyos fémekben, például a titánban, egy fémben, amely gyakran oxidréteget képez, többnyire TiO 2 -ból . Ez a folyamat spontán történik, mivel a TiO 2 képződés entalpiája negatív. Az ötvözetekben, például a nitinolban az oxidréteg kialakulása nemcsak a korrózió ellen véd, hanem eltávolítja a Ni -atomokat az anyag felületéről. Bizonyos elemek eltávolítása az anyagok felületéről a passziválás másik formája. A nitinolban fontos a Ni eltávolítása, mivel a szervezetbe kilúgozva mérgező. A rozsdamentes acélt általában passziválják a vas eltávolítása a felületről savak és hő segítségével. A salétromsavat általában enyhe oxidálószerként használják a vékony oxidfilm létrehozására az anyagok felületén, amely védi a korróziót. ]]

Elektropolírozás

A passziválás másik módja a polírozás. A mechanikus polírozás számos felületi szennyeződést és kristályszerkezeti törést távolít el, amelyek elősegíthetik a korróziót. Az elektropolírozás még hatékonyabb, mivel nem hagyja el a karcolásokat, amelyeket a mechanikus polírozás okoz. Az elektropolírozást elektrokémiai cellák létrehozásával érik el, ahol a kívánt anyagot használják anódként . A felület szaggatott tulajdonságokkal rendelkezik, ahol bizonyos pontok magasabbak, mint mások. Ebben a cellában az áramsűrűség magasabb lesz a magasabb pontokon, és ezek a pontok nagyobb sebességgel oldódnak, mint az alsó pontok, így kisimítják a felületet. A kristályrácsos szennyeződéseket is eltávolítják, mivel az áram kényszeríti ezeket a nagy energiájú szennyeződéseket a felszínről való feloldódásra.

Bevonatok

Egy másik általánosan használt passziválási módszer az anyag polimer rétegekkel való bevonása. A poliuretánból készült rétegeket a biokompatibilitás javítására használták, de csak korlátozott sikerrel. Az anyagok bevonása biológiailag hasonló molekulákkal sokkal nagyobb sikert aratott. Például a foszforil -kolin felülettel módosított stentek csökkent trombogén aktivitást mutattak. A passziválás rendkívül fontos kutatási területe az orvosbiológiai alkalmazásoknak, mivel a test kemény környezet az anyagok számára, és az anyagok károsíthatják a szervezetet kilúgozódás és korrózió révén. A fenti passziválási módszerek mindegyikét alkalmazták a nitinol -biomateriális anyagok kifejlesztésében a leginkább biokompatibilis implantátumok előállításához.

A felületi passziváció hatása a biokompatibilitásra

A felületi passziválási technikák nagymértékben növelhetik a nitinol korrózióállóságát. Annak érdekében, hogy a nitinol a kívánt szuperelasztikus és alakmemória tulajdonságokkal rendelkezzen, hőkezelésre van szükség. Hőkezelés után a felületi oxidréteg nagyobb koncentrációban tartalmaz nikkelt NiO 2 és NiO formájában. Ez a nikkel -növekedés a nikkel diffúziójának tulajdonítható az ömlesztett anyagból és a felületi rétegbe a magas hőmérsékletű kezelések során. A felületi jellemzési módszerek kimutatták, hogy egyes felületi passzivációs kezelések csökkentik a NiO 2 és a NiO koncentrációját a felületi rétegen belül, így nagyobb koncentrációban marad a stabilabb TiO 2, mint a nyers, hőkezelt Nitinolban.

A nikkelkoncentráció csökkenése a nitinol felületi rétegében összefüggésben van a nagyobb korrózióállósággal. A potenciodinamikus teszt szokásosan alkalmazott mérésére egy anyag ellenáll a korróziónak. Ez a teszt meghatározza azt az elektromos potenciált, amelynél az anyag korrodálni kezd. A mérést pontozási vagy bontási potenciálnak nevezik . A salétromsavoldatban történő passziválás után a Nitinol stent komponensek szignifikánsan nagyobb bomlási potenciált mutattak, mint a passziválatlanok. Valójában sok felületkezelés létezik, amelyek nagymértékben fokozhatják a Nitinol lebomlási potenciálját. Ezek a kezelések magukban foglalják a mechanikus polírozást, az elektropolírozást és a kémiai kezeléseket, például a nitrogén -oxid -merítést, a nyers felületi oxidréteg maratását és a pácolást, hogy a felszín közelében lévő ömlesztett anyagokat lebontják.

A thrombogenitás , az anyag hajlamos a vérrögképződésre, fontos tényező, amely meghatározza a vérárammal érintkező bármely biológiai anyag biokompatibilitását. Két fehérje van, a fibrinogén és az albumin , amelyek először adszorbeálódnak a vérrel érintkező idegen tárgy felületén. Felmerült, hogy a fibrinogén vérlemezke aktivációt okozhat a fehérje szerkezetének lebomlása miatt, mivel kölcsönhatásba lép bizonyos felületek nagy energiájú szemcsés határaival . Az albumin viszont gátolja a vérlemezkék aktiválását. Ez azt jelenti, hogy két mechanizmus segíthet csökkenteni a trombogenitást, egy amorf felszíni réteg, ahol nem lesz szemcsehatár -kölcsönhatás a fibrinogénnel, és egy olyan felület, amely nagyobb affinitást mutat az albuminhoz, mint a fibrinogén.


Ahogy a trombogenitás más biológiai anyagok alkalmasságának meghatározásakor is fontos, ugyanolyan fontos a nitin, mint stentanyag. Jelenleg a stentek beültetésekor a beteg egy évig vagy tovább kap antiaggregáns terápiát annak érdekében, hogy megakadályozza a vérrögképződést a stent közelében. Mire a gyógyszeres kezelés megszűnt, ideális esetben az endothelsejtek egy rétege , amely az erek belsejét vonja be, beborítja a stent külsejét. A stent hatékonyan integrálódik a környező szövetekbe, és már nem érintkezik közvetlenül a vérrel. Számos kísérletet tettek felületi kezelésekkel, hogy biokompatibilis és kevésbé trombogén stenteket hozzanak létre, ezzel csökkentve a kiterjedt vérlemezke -gátló kezelés szükségességét. A magasabb nikkelkoncentrációjú felületi rétegek kevesebb véralvadást okoznak az albumin nikkelhez való affinitása miatt. Ez ellentétes a felületi réteg jellemzőivel, amelyek növelik a korrózióállóságot. Az in vitro tesztek trombózis indikátorokat használnak, például vérlemezkéket, tirozin-aminotranszferázt és β-TG-szintet. Azok a felületkezelések, amelyek bizonyos mértékig csökkentik a trombogenitást in vitro:

  • Elektropolírozás
  • Homokfúvás
  • Poliuretán bevonatok
  • Alumínium bevonatok

Egy másik kutatási terület magában foglalja a különböző gyógyászati ​​szerek, például heparin kötését a stent felületéhez. Ezek a hatóanyag-eluáló stentek ígéretesnek bizonyulnak a trombogenitás további csökkentésében, miközben nem veszélyeztetik a korrózióállóságot.

Hegesztés

A mikrolézeres hegesztés új fejlesztései jelentősen javították a nitinollal készült orvosi eszközök minőségét.

Megjegyzések

A nitinol fontos ötvözet az orvosi eszközökben való használatra, kivételes biokompatibilitása miatt, különösen a korrózióállóság és a trombogenitás területén. A korrózióállóság fokozódik olyan módszerekkel, amelyek egyenletes titán -dioxid réteget hoznak létre a felületen, nagyon kevés hibával és szennyeződéssel. A trombogenitás csökken a nikkeltartalmú nitinol felületeken, ezért előnyösek azok a folyamatok, amelyek a felületi rétegben nikkel -oxidokat visszatartanak. A bevonatok használata is bizonyította, hogy nagymértékben javítja a biokompatibilitást.

Mivel a beültetett eszközök érintkeznek az anyag felületével, a felszíntudomány szerves szerepet játszik a biokompatibilitás fokozását célzó kutatásban és az új bioanyagok kifejlesztésében. A nitinol mint implantátum anyag fejlesztése és fejlesztése, az oxidréteg jellemzésétől és javításától a bevonatok kifejlesztéséig, nagyrészt a felszíni tudományon alapult.

Kutatások folynak a jobb, biokompatibilisabb bevonatok előállítására. Ez a kutatás magában foglal egy olyan bevonat előállítását, amely nagyon hasonlít a biológiai anyaghoz az idegen test reakciójának további csökkentése érdekében. Sejteket vagy fehérjebevonatokat tartalmazó biokompozit bevonatokat vizsgálnak a nitinollal , valamint sok más biológiai anyaggal együtt.

Aktuális kutatás/további olvasmány

Hivatkozások