Spektroskopik analiz, tıp mühendisliği için biyo-konomik materyallerin geliştirilmesi ve kalite güvencesinde vazgeçilmez hale gelmiştir. Bu materyaller - polimerler, seramikler, metaller ve kompozitler dahil - temel spektroskopik yöntemler, güvenlik, dayanıklılık ve performans için insan vücudundaki özel uygulamalar.
Bio-ailetilmiş Malzemeler için Core Spectrooskopik Teknikler
Spectroskop, elektromanyetik radyasyon ve madde arasındaki son etkileşimlerin bir dizisini kapsar. Her teknik kimyasal yapıya, bağa, kompozisyona ve fiziksel özelliklere eşsiz bir anlayış sunar. Aşağıdaki yöntemler biyo-konuşmalı malzemeler araştırmalarında en yaygın olarak kullanılır.
Uzak (IR) Spectroskop
Yüzeysel spektroskopi, kızılötesi radyasyonun absorbe edilmesini ölçer, moleküler vibrasyonlara neden olur. Özellikle karbonil (C=O), hidroxyl (O-H), ve amid (N-H) bağlar. Fourier-transform kızılötesi (FTIR) spektroskopi biyomalzeme laboratuvarlarında kullanılan standarttır.En az örnek hazırlık gerektirir ve katı filmlerdeki katın ölçüm oranını analiz eder.
Raman Spectroskopi
Raman spektroskopu, situ'da örneklerini analiz ederek tamamlayıcı vitastik monokromatik ışıktan elde ederek tamamlayıcı vibrasyonel bilgileri sağlar.Bu, Raman'ın doku iskeleleri için kullanılan hidrojektif değişiklikler için kullanılan nano-paratorluklar için foton görüntüleme yöntemiyle, polimer matrislerde ilaç dağılımını ölçmek için kullanılan farmaküla ödemleri (PEEK) implantlar için kullanılan nano-parçacıklı görüntülemeler için kullanılan nano-parçaklı görüntüleme yöntemiyle ilgili olarak, nano-parçapıcıları test etmek için Raman görüntüleme yöntemiyle ilgili olarak, optik analiz etmek için kullanılan nano-parçacıklı görüntülemede kullanılan nano-parçapıcıları analiz etmek için kullanılan nano-parçapüreler için kullanılan yöntemler.
Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroskop
UV-Vis spektroskopi, moleküllerde elektronik geçişleri izler, genellikle 200 ve 800 nm. Biyomalzemelerde, polikanprolac gibi biyoaktif moleküllerin konsantrasyonunu ölçmek için kullanılır (örneğin, biyoaktif olmayan UV emicileri), çalışma bozulmalarını ölçmek ve erkans zincirleme için optik açıklıkları değerlendirmek için.
Mass Spectrometri (MS)
Mass spectrometri moleküler ağırlığı belirler, kimyasal türleri tanımlar ve yapısal dizi bilgileri sağlar. Biyo-tablosuz malzemeler için, matrix-assisted lazer dehidrasyon/umlaştırma zaman-of-flight (MALDI-TOF) MS, genetik olarak moleküler ağırlık dağılımı ve son-grup işlevselliğini analiz etmek için kullanılır.Inktrometri (LC-MS) Biyo-fikreasyonda kullanılan bir optik diskole ilgili olarak, biyo-fikretik-fikalasyona ilişkin olarak vurgulanır.
X-ray Photoelectron Spectroskop (XPS)
Görünüşe göre “ışık” spektroskopi olmasa da, XPS, X-ışınları en üst 1-10 nm malzeme yüzeyinden çıkarmak için X-ray kullanıyor.) XPS, sabit elemental kompozisyon ve kimyasal durum bilgilerini (oksidasyon durumunu, bağ) sunar.
Nükleer Manyetik Resonance (NMR) Spectroskop
Çözüm-devlet ve sağlam devlet NMR, ayrıntılı moleküler yapıyı, dinamikleri ve uyumsuz değişiklikleri belirlemek için güçlüdür. Biyomalzemelerde, sağlam devlet NMR, polimerlerdeki farklı kimyasal ortamlar arasında ayrımcı ve kristal parçalar incelemek, strantörel özellikleri ve hidrojeziğe göre karakterize etmek için de kullanılır.
Across Medical Engineering
Spectroskopinin tıbbi cihazlar ve implantlar için geliştirme hattına entegrasyonu, malzemelerin nasıl değerlendirildiğini değiştirdi. Aşağıda, spektroskopik analizin uygulanabilir veriler sağladığı önemli alanlar vardır.
Malzeme Karakterizasyonu ve Seçimi
Herhangi bir malzeme biyolojik bir ortama girmeden önce, kimyasal kompozisyonu gerekli kimyasal yapıyı yerine getirmelidir, doğru veya kontraseptör ham malzemeleri kullanmayı engelleyebilir. Örneğin, el Raman spektrometreleri, gelen kaliteli kontrolde kullanılan, bir poliurethaneing kümesinin gerekli kimyasal yapısını yerine getirdiğini, yanlış veya kontraseptör ham malzemeleri kullanmayı önlemelidir. Benzer şekilde, FTIR parmak izi, sayısal veya geri dönüştürülmüş polimerleri tespit edebilir.
Yüzey Kimyası ve Modification Değerlendirme Değerlendirme
Bir implant veya malzeme yüzeyi, ev sahibi yanıtını diktir. XPS, ToF-SIMS ve ATR-FTIR, yüzey kaplamalarının başarısını değerlendirmek için kullanılır (örneğin, kolajen veya heparin) ve bu tür analizlerle ilgili bir çalışma, başarılı olmayan iddialar için XPS kullanılır.
Degradasyon ve Stability Studies
Biyo-tablosuz malzemeler genellikle zaman boyunca (örneğin, sutures, ilaç teslim depoları) veya stabil kalır (örneğin, vasküller gibi kalıcı implantlar için), hasarlı yol boyunca hasarsız ve FTIR takip eden sürücülerin erken belirtileri, polyesterler hidrolyze. UV-Vis küçük moleküler parçaların serbest bırakılmasını ölçmek için.
İlaç salıverme ve Üniforması Kaplama
Birçok tıbbi cihaz uyuşturucu içerir - bir kaplama veya matrixle ilgili olarak.(D) kemik çimentoları veya ilaç-uygulama stentleri - klinik sonuçları geliştirmek. Spektroskopik haritalama (Raman, ToF-ERAS) bir kaplama veya matrixle ilaç dağılımını göstermek için kullanılır.())))0In vitroIn vitro[FLT] olarak, ilaç elektrifikasyon profillerini ölçmek için UV-Vis veya LC-MS kullanır. Örneğin, Raman mikroscopy, paklitel yataklarının bir polimer kaplamada bile dağıldığını göstermek için kullanılır.
Kalite Kontrol ve Batch Consistency
FDA gibi düzenleyici organlar, tıbbi malzemelerin tutarlı bir şekilde üretimi gerektirir. Spectrooskopik teknikler, hızları ve tahrip olmayan doğa nedeniyle kalite kontrol akışlarına entegre edilir. Yakın-infrared (NIR) spektroskopisi, her birim yıkıcı bir şekilde test edilemez.
Biocompatability Test Desteği
Spectroskop, biyokompresyonların veya ürünlerin toksik kalıntılarının veya ürünlerin aşağıda kabul edilebilir sınırların altında olduğunu gösteren kimyasal kanıtlar sağlayarak biyokompulasyonları göstermeye yardımcı olur. Mass spectrometri yöntemleri, ekstraksiyonlar ve leachables için parçalara ulaşır.) Bu, inflamasyonu açıkça ifade eder.
Biyomalzeme Araştırmasında Spectrooskopik Analizlerin Avantajları
Tıbbi mühendislikte spektroskopinin yaygın olarak benimsenmesi, geleneksel kimyasal assays ve mekanik testler üzerinde çeşitli farklı avantajlardan kaynaklanmaktadır.
- [FONT:0]Non-tamamlayıcı veya minimum hasar: Birçok teknik (FTIR, Raman, UV-Vis, NIR) daha sonra biyolojik deneylerde veya implantasyon çalışmalarında kullanılacak örnekler üzerinde yapılabilir, değerli malzemeler.
- [FONT:0) Yüksek kimyasal spesifikite:[DDDTRT:1) Spectroskop, yakın ilişkili bileşikleri ayırt edebilecek moleküler parmak izi sağlar, tanım isomerler ve büyük elemental analiz tarafından ortaya çıkamayan izleri tespit eder.
- [FONT:0]Spatial çözünürlük:[Dönetici:[Dönetici:0) Confono ve IR mikroskopları mikro metrede veya hatta alt-mikrometre seviyesindeki uzaysal kararlarla kimyasal haritalar üretebilir, alan yapıların görselleştirilmesine izin verir, faz ayrılması ve bozulma cepheleri.
- [FONT:0) Gerçek zamanlı izleme:[Dönetici:[Döneticileri) Birçok spektroskopik problar, [[0)))[/FLT:3) Sürekli olarak bozulma veya ilaç salıvermelerini izlemek için yapılandırılabilir.
- [FONT:0)Quantitative kapasite:[Dönerge: 0,4D) Doğru kalibrasyonla, spektroskopik zirve, fonksiyonel gruplar, kristallik veya moleküler ağırlık konsantrasyonu ile doğrudan ilişkili, laboratuarlarda objektif karşılaştırma sağlar.
- [FONT:0)Yönerge kabul:[Dönetici:[Dönetici:0)Templi kabul:[Dönetici:0)Templikeli kabul: [Dönetici:[Dönetici:0)) Spectrozoskopik veriler, tıbbi cihazlar için materyal karakterizasyon ve doğrulama paketlerinin parçası olarak rutin olarak dahil edilir. Standartlaştırılmış yöntemler var, örneğin, FTIR ve ASTM E2381 için Raman için.
Vaka Çalışmaları: Eylemde Spektroskop
Bone Rejenerasyon için Polimer Scaffolds
Polycaprolactone (PCL) kemik doku mühendisliği için şüpheliler geliştirmede, araştırmacılar, nanopartiküllerin, nanoparçacıkların, polimer matrisler boyunca düzgün bir şekilde dağıtıldığını doğrulamalarını sağladılar. FTIR, [Döneticileri 1030 cm’de pompalanan fosfatlar], HA varlığını onayladı.
Evaluating Silikon Em İmplant Durability
Silikon meme implantları, bozulmadan son yıllarda beklenenden bekleniyor. ATR-FTIR kullanarak, araştırmacılar, silikon kabuk örneklerinde uzun süreli implant formülasyonlarından sonra alınan kimyasal değişiklikleri incelediler. Si-O-Si ve Si-CH3 vibrasyonel zirveleri, yüzeysel oxidasyon ve hidrolysis kullanarak, mekanik testler ile birlikte, başarısızlık mekanizmaları tespit ettiler ve önümüzdeki nesil implant formülasyonları geliştirmek için standarttır.
İlaçların kalitesini artırmak için
Stent üreticileri Raman mikroscopy'i ince bir poli(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropyle) kaplamanın 1650 cm'de görünmesine neden oluyor - 1 (amid I) ve 1000 cm -1 (parçalı ring) stantrasyonun ilaç konsantrasyonunun üniforma olup olmadığını gösteriyor.
Gelişen Teknikler ve Future Yollar
Spektroskopik analiz, biyo-konomik materyal araştırmaları için yeni olasılıklar oluşturmaya devam ediyor.
Yüzey destekli Raman Spectroskop (SERS)
SERS Raman sinyalini, metalik nanoyapıları kullanarak büyüklüğün emirleriyle genişletir, aşırı düşük konsantrasyonlarda reklamlara yönelik sensörlerin tespit edilmesine izin verebilir. Biyomalzemelerde, SERS, hücrelerin bir malzeme ile iletişim halinde yayınladığı olağanüstü biyomarkers miktarını tespit edebilir, gerçek zamanlı olarak bağışıklık tepkilerinin gerçek zamanlı değerlendirmesine izin verebilir. Araştırma gruplarının yerel pH, glukoz veya enfeksiyona dış etiket olmadan implante edilebilir SERS-aktif sensörler geliştirmektedir.
Hiperspectral Görüntüleme
Hiperspectral kameralar her pikselde tam bir spektrumu yakalar, uzaysal ve kimyasal bilgileri birleştirir. tıbbi mühendislik için hiperspectral IR veya Raman görüntüleme, kimyasal anomalileri tespit etmek için tüm implant yüzeylerini hızlı bir şekilde tarayabilir, kaplama kalınlığı varyasyonları veya kirletici partikülleri bulmaktır.Bu teknik 3D baskılı biyomalzemeler için kaliteli güvence bulur, tabaka-katlı kimyasal homojenlik doğrulanmalıdır.
In Vivo Spectroskopi
Fiber optik problarda ve miniaturized sptrometrelerde ilerlemeler, doğrudan canlı dokuda spektroskopik ölçümler gerçekleştirmek için mümkün kılar. Örneğin, Raman ve yakın uçlu problar, biyoabsorbable implantların bozulmalarını onları feda etmeden izlemek için kullanılmıştır.Bu uzun zamandır bilginsiz veriler, 0'dan fazla bilgilendiricidir endpoint ölçümler ve gerekli hayvanların sayısını azaltır).
Makine Öğrenme Entegrasyonu
Modern spektroskopik cihazlar tarafından üretilen verilerin yığınları (hyperspectral haritalar, zaman çözülmemiş spektrum) giderek makine öğrenme algoritmaları kullanılarak yorumlanır. Neural ağları biyomalzemeleri kendi parmak izlerinin, ilk IR spectra'dan tahmin edilebilir veya kirleticilerin otomatik olarak tanımlanması.Bu eğilim araştırma laboratuvarlarından online olarak spektroskopik analiz çevirilerini hızlandıracaktır.
Multi-modal Spectrooskopik Platformlar
Tek bir platformda birden fazla spektroskopik tekniği birleştirmek - örneğin, simult IR ve Raman görüntüleme veya XPS, kitle spektrometrisi ile çiftleşmiştir - maddi kimyanın daha tam bir resmini ortaya koyar.Böyle sistemler ticari olarak kullanılabilir hale gelir ve zaten moleküler yapı ile (Raman) ilişkili örneklerle ilişkili olarak kullanılır, veri hizalama hataları ortadan kaldırır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Spectrooskopik analiz, XPS ve ToF-SIMS tarafından ortaya çıkan nano-düzeltilmiş malzemelerin tasarım, değerlendirme ve kalite kontrolü için temel tanımlamasından, tıbbi mühendislikte biyo-tavretik grupların temel tanımından sonra, XPS ve ToF-ERAS tarafından ortaya çıkan spektroskopi rolü, her tekniğin daha karmaşık malzemelere doğru hareket etmesi için benzersiz ve daha etkili hale getirilmesi için daha iyi donanımlı olacaktır - dünya çapındaki tıbbi cihazlar, biyo-pulkanbable elektronikler ve hasta-özel implantlar-özel implantlar- .
Belirli teknikler ve uygulamaları hakkında daha fazla okuma için aşağıdaki kaynakları düşünün:
- [FONT:0) Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü[[Döneticiler) - biyomalzeme araştırma ve finansman önceliklerine genel bakış için.
- [FONT=0)ASTM International[[DÜDÜT:1) - Malzemelerin spektroskopik analizi için standartlar (örneğin, E168, E2381, F1876).
- [FONT:0]PubMed[Dönetici: 1)) - Biyomalzemelerin spektroskopik karakterizasyonu üzerine yapılan son hakem çalışmaları için arama.
- [FONT:0]Biomates)) - düzenli olarak tıbbi materyal uygulamaları kullanarak spektroskopi kullanan makaleler yayınlar.