מבוא ל- Hydrogels in Medical Implants

הידרוגלס מייצג מעמד אבן הפינה של ביו-חומרים, המוגדר על ידי רשתות פולימרים תלת-ממדיות שלהם המסוגלות לשמור כמויות עצומות של מים - לעתים קרובות מעל 90% מהקומפוזיציה הכוללת שלהם.מצב ההידבקות גבוה זה יוצר חומר רך, גמיש עם תכונות מכניות וכימיקליות כי מחקה מקרוב את הממטריקס הנוסף (ECM) של רקמות רכות ופחמימות.

במכשירים מושתלים, במיוחד אלה המיועדים לסביבות אמנותיות או עומס, ההצלחה ארוכת הטווח של הידרוג נשלטת בעיקר על ידי הביצועים הטריביולוגיים שלה. טריבולוגיה - המדע של משטחים אינטראקציה בתנועה יחסית - לעקוף את המחקר של חיכוך, ללבוש, סיכה הנדסה תפקודית. עבור השתלת הידרוג, תכונות טריבולוגיות גרועות יכולות להוביל למשטח מהיר, של תגובות דלקתיות, וכשלים, אשר בסופו של בעיות נגדיות, הן על פני השטח של מחזור חיים דלקתיות, אשר בסופו של דבר, הן על פני השטח של דבר, הן על פני השטחיות, הן נגדיות, וכשלים, וכשלים, וכשלים, הן על פני השטח המנוגדות, הן על פני השטחיות תפקודיות, הן על פני השטח של זמן.

הנוף הטריבולוגי הייחודי של הידרוגלס

ההתנהגות הטריבולוגית של הידרוגלס היא ייחודית ביסודה של חומרי השתל מסורתיים כגון מתכות, קרמיקה, או אולטרה-מולקולי משקל פוליאתילן (UHMWPE) הבחנה זו נובעת ישירות מהטבע הדו-phasic של הידרוגלים, המורכב מרשת פולימרים מוצקה המוצבת על ידי נוזל titial.

אספקת הבריונות והשפעת

תחת עומס דחוס, נוזל בין-יסוד בתוך הידרוג'ל מתחנן וזורם לעבר פני השטח, יצירת סרט סיכה דק כי תומך בחלק משמעותי של העומס החל.מנגנון זה, לעתים קרובות נקרא בוץ בכיור או סיכה דו-זמנית, מפריד ביעילות את רשתות פולימריות מוצקות של פני השטח, צמצום חזק של לחץ דם נמוך יותר (Fic Rebrirelimate) תלוי ביעילות גבוהה של לחץ דם נמוך יותר של נוזל לחץ דם נמוך.

תפקידה של שכבות ההידרות

מעבר ללחץ הנוזלי המקרוסקופי, תכולת המים הגבוהה של הידרוגלס יוצרת שכבות לחות יציבות סביב השרשראות פולימרים.מולקולות המים האלה קשורות בחוזקה למשטח השדרה הפולימריא באמצעות אג"ח מימן ואינטראקציות אלקטרוסטטיות.כאשר שני משטחים hydrated מובאים לסמיכות, שכבות מים חוצות אלה נותרו שלמים, מתנהגות כמו סיכה מולקולרית, המכונה סיכה יעילה מאוד, כמו חיכוך חשמלי, אפילו מצופה, הוא לחץ גבוה של מערכות מגע.

מתח ולבוש: מכניזם ומדמנטציה

בעוד הידרוגלים יכולים להציג חיכוך נמוך במיוחד בתנאים אידיאליים, האופי הרך והיבש שלהם הופך אותם רגישים לכמה צורות של ללבוש.הרלוונטיות הקלינית של ללבוש משתרעת מעבר נזק משטח פשוט.לבוש חלקיקים שפורסמו לתוך הרקמה שמסביב יכול לגרום קערה של תגובות ביולוגיות, כולל הפעלת מקרופג', דלקת כרונית, ו-אוסטאוסטיוזיס (עמודי), בסופו של דבר מוביל להשתלה רופפת ותיקון ניתוח.

אדמדן, אבסריבי ושומן לובש

(הופנה מהדף LT:0) ללבוש בגדים זמניים (FLT:1) מתרחש כאשר הזיהומים המקומיים על פני השטח הידרוג'ל יוצרים את פני השטח המנוגדים, כפי שמצמצמצילים, הצומתים האלה מתנסים, מושכים קטעים של רשת פולימרנית מסוימת מן החומר.

המונחים: Tribological Performance

פרוטוקולי בדיקות סטנדרטיים משמשים כדי להעריך את המאפיינים הטריביולוגיים של הידרוג'ל עבור יישומים השתלות.התצורה הנפוצה ביותר היא מדרון הסיכות-על, שבו pingel מופעל נגד משטח רוטט, או להיפך, בדיקה מתקדמת יותר ויותר, מתבצעת בלחיצת כפתורים (pBS) או בוץ, כדי לזהות את התנאים המשתנים של ה-Fideateation (מתאים) המשתנים (מתקניים) המשתנים (מפרקים של ⁇ ) המשתנים (Flasticial) (pclimate) (FLT2)

אתגרים ביישומים ספציפיים

הדרישות הטריבולוגיות המוצבות על הידרוגלס משתנות באופן משמעותי על פני יישומים שונים של שתלים.חומר שמבצעת כמו עדשות מגע עשוי להיות לגמרי לא מספיק עבור תחליף לריצה.

קרטלאז' והחלפה משותפת

החלפת עורקים פגומים היא אחת המטרות המאתגרות ביותר ברפואה אורתודוקסית. Native cartilage היא מערכת תלת-תחומית מטובעת ביותר, המציגה ערכי COF נמוך כמו 0.001 ל 0.01 תחת עומסים פיזיולוגיים. הידרוגלים המיועדים לתיקון קלוש, כגון תערובות או השתלים מצופים, חייבים לשכפל ביצועים יוצאי דופן אלה, באופן קבוע, וגבוה, גם עם לחץ דם חזק יותר, כולל לחץ כבד, גם עם לחץ כבד, או לחץ דם חזק יותר, גם עם לחץ דם חזק יותר, או לחץ דם חזק יותר, או לחץ דם חזק, כולל זמן קצר משקל חד פעמי לחץ חזק יותר, או ירידה משמעותית, כולל טיפול פסיכולוגי, או ירידה משמעותית, ללא לחץ כבד.

מכשירים אופטיים

עדשות מגע מייצגות את השתל מבוסס הידרוגל הנפוץ ביותר. Tribology קשורה ישירות לנוחות.האינטראקציה בין משטח העדשה לבין העפעפיים כרוך איזון עדין של מתח רציני ו עובי הסרט. חיכוך גבוה יכול להוביל לגירוי מעוקל, סימפטומים העין יבשה, ואי נוחות, אשר הוא סיבה עיקרי להפסקת פני השטח.

משלוח סמים וביוסנסורים

בשתלי משלוח סמים וביוסנסורים עוקבים רצופים, טריבולוגיה היא לעתים קרובות גורם משקיף אך קריטי.מכשירים אלה עשויים להיות מושתלים באופן תת-עורי או בתוך איבר, שבו הם כפופים למיקרו-תזונה מרקמות הסובבות. פריצה בממשק רקמות-השתל עלולה לגרום לדלקת פיברטית, לצמצום ההשתלות ולצמצום היעילות שלו.

אסטרטגיות מתקדמות לשיפור הטריבולוגיה

כדי להתגבר על המגבלות הטריבולוגיות הטבוונות של הידרוג'ליזציה קונבנציונלית, החוקרים פיתחו תיק של אסטרטגיות חומר מתוחכמות.גישות אלה נועדו להגביר את הקשידות המכנית, לשפר את הכדאיות, או ליצור יכולות של השמדה עצמית.

רשתות כפולות ורשתות אינטרפלנטראטינג

הידרוג'ל חד-צדדי (Uuntal Single-network hydrogels) הם לעתים קרובות שבריריים מדי עבור יישומים נושאי עומס.רשת כפולה (DN) הידרוגלs להתגבר על זה על ידי שילוב של שתי רשתות פולימרים אינטרנטרנציוקרטיות עם מבנים מנוגדים: אחת מחוברת הדוקה, רשת מלוטשת ומערכת נוספת של דלקות חסוכים, חסימת לחץ פנימי, מחוספסת אנרגיה ומגן על תכונות אלה של לחץ כבדות לחץ גבוה יותר.

ננוקום ומערכות היברידיות

שילוב ננוקליים ממריצים לתוך ממטריקס הידרוג'ל יכול לשפר באופן דרמטי את התכונות הטריבולוגיות.חומרים כגון תחמוצת גרפן, צינורות פחמן (CNTs), פיזור molybdenum (MoS2), חלקיקים ננוקליים נחקרו. חלקיקים אלה יכולים לשרת תפקידים מרובים: הם פועלים כמו crosslinkers, חיזוק רשת פולימרים וקיבולת עומס; הם יכולים לספק פיזור חזק של תאים; הם יכולים לספק פיזור חזק יותר; הם יכולים לספק פיזור חזק של תאים חזקים של תאים חזקים; הם יכולים להפעיל את תפקודים חזקים של חומר לחץ חזק; הם יכולים להפעיל את הפחתת תפקודים; הם יכולים להפעיל את הפחתת תפקודים בלחץ חזק יותר; הם יכולים להפעיל את הפחתת תפקודים מורכבים; הם יכולים להפעיל תפקידים מורכבים; הם יכולים להפעיל תפקידים מורכבים; הם יכולים להפעיל מספר פונקציות לחץ חזק יותר; הם יכולים להפעיל מספר פונקציות לחץ דם חזק; הם יכולים להפעיל מספר פונקציות לחץ חזק יותר; הם יכולים להפעיל מספר פונקציות חיתוך שטח חזק יותר; הם יכולים להפעיל את הפחתת תפקודים אינטנסיביים אינטנסיביים; הם יכולים להפעיל מספר פונקציות לחץ חזק יותר; הם יכולים להפעיל מספר פונקציות חיתוך שטח חזק יותר; הם יכולים להפעיל את הפחתת תפקודים; הם יכולים להפעיל את הפחתת תפקודים; הם

הנדסה וטקסט

שינוי פני השטח של הידרוג'ל גדול מציע נתיב נוסף לשיפור טריבולוגיה מבלי לשנות את התכונות מכניות הליבה שלה.משטח טקסטורינג, באמצעות טכניקות כגון דלקת לייזר או micromolding, יכול ליצור דפוסים של מיקרו-דירקנס או grooves על פני השטח הידרוג'ל (התכונות האלה יכולות לפעול כמו מאגרים עבור נוזל סיכה, מלכודות ללבוש פסולת כדי למנוע זברות שומן שלישי, ולשנות את החמצן נמוך כגון מברשת פולינזיקה).

כיוונים עתידיים ותרגום קליני

(הופנה מהדף ספסל גילוי השתלים הידרוג'ל קליני מורכב ודורש הערכה ארוכת טווח: רבים מהחומרים המתקדמים המציגים הבטחה בבדיקות תלת-תחומיות צריכים לעבור 7FLT:0in vivoir או FLT:1 כדי להבטיח בדיקות פולימרואידים מוקדם כדי להעריך את הגמישות הביולוגית, ללבוש ביולוגיה חלקיקים ושילוב מתמשך של פני תקופות של כיוונים עתידיים כוללים את הפיתוח של "חכמים" ,"תתתתמיכותניים" שיכול להגיב לעומסים חשמליים ו- 2, כלומר, כדי ליצור שינויים ביולוגיים (D2, , , , אינטגרציה)

מסקנה

ההיבטים הטריביולוגיים של הידרוגלס הם מרכזיים בביצועים וכדאיות קלינית של מעמד גדל והולך של מכשירי השתלים רפואיים.הטבע הדו-phasic הייחודי של חומרים אלה מספק הזדמנויות לחיכוך נמוך באופן יוצא דופן באמצעות סרט נוזלי ומנגנוני סיכה לחות של לחות הידרובריות גבוהה יותר, כמו גם עומס מים גבוה יותר, כמו גם מנגנונים הנדסיים גמישים, יהיה גם מציג אתגרים במונחים של כוח מכני וכתוב התנגדות.