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이 작업은 희생 설비를 사용하여 소형 폼 팩터로 니티놀 와이어/프레임을 형상 설정하기 위한 저비용 제조 기술을 보여줍니다. 이 기술은 복잡한 모양의 최소 침습 임플란트를 위해 설계된 자체 확장 프레임의 제작을 위해 입증되었습니다.
NiTiNOL(일반적으로 니티놀 또는 NiTi라고 함) 와이어는 형상 기억이 뛰어나고 초탄성 특성이 특징이며, 형상 세팅은 비용이 많이 드는 공정인 경우가 많습니다. 이 공정의 단계 중 열처리는 형상 설정을 위해 고온에 노출되어야 합니다. 전통적으로 이러한 목적으로 금속 고정 장치가 사용됩니다. 그러나 제조 비용이 상당할 수 있으므로 프로토타입을 반복하는 데 적합하지 않습니다. 이 작업은 값비싼 고정 장치의 필요성을 제거하는 구리 튜브로 만든 희생 고정 장치를 사용하는 최근에 도입된 접근 방식을 보여줍니다. 이 구리 튜브는 복잡한 형상을 형성할 수 있으며 제조 공정의 다양한 단계를 위한 발판을 제공합니다. 또한 과황산암모늄은 선택적 구리 에칭에 사용되어 NiTi 프레임의 생산을 단순화합니다. 이 연구의 결과는 이 기술의 효과를 확인하고 자체 팽창 프레임을 위한 NiTi 와이어의 성공적인 형상 설정을 보여줍니다. 이 방법론은 향후 연구를 위한 길을 열어 다양한 애플리케이션, 특히 의료 기기 애플리케이션을 위한 NiTi 와이어프레임의 신속한 프로토타이핑을 가능하게 합니다.
NiTi 와이어는 의료용 임플란트에 널리 사용되지만 장치 제조 시 초기 형상 설정 프로세스가 필요합니다1. NiTi는 카테터 튜브, 가이드와이어, 석재 회수 바구니, 필터, 바늘, 치과 파일 및 기타 수술 기구를 포함한 다양한 장치로 만들어집니다2. NiTi의 생체 적합성, 초탄성 및 피로 저항성은 이러한 응용 분야에 적합합니다. 또한 자동차 및 항공 우주 산업에 적용됩니다3.
NiTi는 형상 세팅에 필요한 높은 비용과 복잡한 프로세스로 인해 사용이 제한적입니다. 형상 설정 과정에서 NiTi 구조는 전통적으로 고정 장치4에 갇혀 있는 동안 고온(약 500°C)에 노출됩니다. 이러한 상승된 온도와 형상 설정 공정 중 응력으로 인해 기계적 강도가 높은 고정 장치가 필요합니다. 이것이 일반적인 고정 장치가 일반적으로 금속1로 만들어지는 이유입니다. 따라서 일반적으로 가공되는 금속 설비를 사용하면 비용이 증가하고 NiTi 구조의 신속한 프로토타이핑 및 테스트에 문제가 발생합니다. 한 가지 대안적인 접근법은 핀과 플레이트1로 구성된 재구성 가능한 고정구를 사용하는 것인데, 이는 프로세스를 단순화한다. 그러나 이 프로세스는 복잡한 형상을 형성하는 데 제한이 있습니다. 따라서 저비용 재료와 제조를 사용한 저비용의 형상 세팅 공정은 NiTi 프레임을 형상 세팅해야 하는 연구에 매우 바람직합니다.
NiTi의 신속한 프로토타이핑에 대한 요구를 해결하기 위해 최근 저가의 3D 프린팅 부품과 형상 세팅 NiTi 와이어5를 위한 제조 기술을 활용하는 프로토콜을 도입했습니다. 이 방법은 최소한의 질량으로 희생 설비를 통합합니다. 이 고정 장치는 와이어 형성 및 형상 설정(열처리) 공정 중에 NiTi 와이어를 고정하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 구리 튜브는 접근하기 쉽고 저렴한 재료로 사용되었습니다. 보강 희생 설비로 작용하며 표준 와이어 굽힘 기술은 복잡한 구조물의 형상을 설정하는 데 사용할 수 있습니다. 황동 튜브를 대안으로 사용할 수 있음이 관찰되었습니다. 과황산 암모늄은 어닐링 공정 후 구리의 선택적 에칭을 위해 최종 단계에서 사용되었습니다. 이 단계는 마침내 형상 세트 NiTi 와이어를 해제했습니다. 이 접근 방식은 희생 구조를 스페이서로 혁신적으로 사용하는 방법을 보여줍니다. 이 접근 방식을 적층 제조와 결합하면 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다.
체외 배포 테스트는 카테터를 통해 배포되도록 설계된 자체 확장 프로토타입 임플란트의 타당성을 평가하기 위한 기본 테스트 중 하나입니다. 이러한 검사에는 자가 확장 임플란트가 필요한 치수의 외피/카테터를 성공적으로 통과할 수 있는지 평가하는 것이 포함됩니다. 이러한 테스트는 다양한 경피적 장치 또는 임플란트 프로토타입에 사용되었습니다. 몇 가지 예로는 좌심방 부속기 폐색체 6,7, 소프트 스텐트8, NiTi 유동 전환기9 및 NiTi 스텐트10이 있습니다. 이러한 연구는 카테터를 통해 자가 확장될 수 있는 복잡한 토폴로지를 가진 NiTi 프레임을 신속하게 제작하기 위한 방법론의 필요성을 강조하여 경피적 임플란트에 대한 예비 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
이 백서의 목적은 비용 효율적이고 잘 만들어진 제조 방법을 간략하게 설명하고 각 프로세스에 대한 자세한 단계별 가이드를 제공하는 것입니다. 임플란트에 적합한 다양한 자체 팽창 NiTi 와이어 프레임을 시연하는 데 중점을 두고 저렴하고 효율적인 기술을 사용하여 복잡한 토폴로지를 생산하는 데 필요한 방법의 주요 측면을 분석합니다. 이 논문에는 이러한 프레임을 테스트하고 심방 중격으로의 경셉트 임플란트 전달을 시뮬레이션하는 벤치탑 설정에서 Fr-12 카테터를 통해 배포하는 작업이 포함되어 있습니다. 이 테스트는 이전 작업 6,8에서 사용하는 기본 테스트와 유사합니다. 이 방법은 카테터를 통과한 후 프로토타입 자체 확장 프레임을 배치할 수 있는 능력을 보여주었습니다. 궁극적으로 이 방법론은 NiTi 프레임에 대한 특정 토폴로지/설계가 특정 카테터를 통해 배포하기 위한 예비 기계적 요구 사항을 충족할 수 있는지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이 작업은 NiTi 프레임의 프로토타입 제작과 토폴로지 및 적합성의 기본 특성화에 초점을 맞추고 있지만, 임플란트 개발을 위해서는 다양한 다른 특성화11 및 규제 안전 테스트12,13가 필요합니다. 일부 특성화에는 표면 특성/화학14, 부식14, 피로 해석13, 혈 적합성13 및 생체 적합성15의 특성화가 포함됩니다.
참고: 이 프로토콜에 사용된 모든 재료와 관련된 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오. 그림 1A 는 구리/NiTi 프레임의 예를 보여줍니다. 안전 장갑을 사용하십시오.
1. NiTi 프레임/프로토타입 설계 반복
2. 프레임의 측면을 필름이나 천으로 덮기
3. 프레임 배포 테스트
NiTi 프레임은 저가의 플라스틱 고정 장치와 수공구를 사용하여 다양한 토폴로지로 형상 설정되었습니다(그림 1). 프로토콜 단계 1.1에서 1.4(그림 1A)에서 NiTi/Cu 프레임은 복잡한 토폴로지로 형성되었습니다. 프로토콜 단계 1.5에 따라 Cu를 에칭하여 NiTi 프레임을 분리했습니다(그림 1B). 여기에서 Cu 고정 장치...
이 프로토콜에서는 3D 프린팅 설비의 열처리(어닐링), 에칭 및 설계와 같은 여러 단계에 세심한 주의가 필요합니다. 500° C17 또는 NiTi의 어닐링 시간에서 온도의 큰 변화는 NiTi 와이어의 초탄성과 원하는 형상18을 달성하는 데 해로울 수 있습니다. 부정확한 조건(온도 및 시간)으로 열처리하면 초탄성 특성(19)이 손실될 ?...
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 간행물에 보고된 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 국립 생물의학 이미징 및 생명공학 연구소(National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering)의 지원을 받았습니다(수상 번호 R21EB030654). 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다. S. Alaie와 J. Mata는 또한 New Mexico State University의 기계 및 항공 우주 공학부와 공과 대학에 감사를 표했습니다. 저자는 그림 2 를 생성하고 참고 문헌을 편집하는 데 기여한 Oscar Lara와 Angel de 예수 Zuniga Ramirez에게 감사를 표합니다. 저자는 또한 비디오 시연에 기여한 안드레아 곤잘레스 마르티네즈(Andrea Gonzalez Martinez)와 예수 아르만도 길 파라(Jesus Armando Gil Parra)에게 감사를 표합니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
304 SS Hypotubes Generic Name: Needle | Tegra Medical | ||
3D printed frame for testing Generic Name: PLA filament | R3D | ||
3D printed polymeric part for heat press Generic Name: PLA filament | R3D | ||
Ammonium Persulfate Generic Name: Ammonium Persulfate | Sigma-Aldrich | ||
Chronoflex AR 22% Generic Name: Polyurethane | AdvanSource biomaterials | aromatic polycarbonate urethane elastomer | |
Copper Web Type Electrodes (1.00 mm x 400 mm) Generic Name: Copper Tube | Holepop edm supplies &electrodes | ||
Dilator Generic Name: Dilator | QOSINA | ||
Ecoflex 00-30 Generic Name: Ecoflex 00-30 | Smooth-on | silicone | |
Fr 12 or 13 Catheter Generic Name: Sheath | QOSINA | ||
Nickel Titanium Wire (0.008) Generic Name: NiTi Wire | Malin Co. | ||
PTFE Teflon rod 1/8" Diameter x 36" Generic Name: Polytetrafluoroethylene | Sterling Seal & Supply, Inc. (STCC) | ||
Tecoflex Generic Name: Thermoplastic Polyurethane | Lubrizol | aliphatic polyurethane elastomer | |
Trichloro(1H,1H,2H,2H-tridecafluoro-n-octyl)silane Generic Name: C8H4Cl3F13Si | Sigma-Aldrich | ||
Dimethylacetamide (DMAC) Generic Name: Dimethylacetamide | Sigma-Aldrich | ||
SOLIDWORKS Generic Name: Proprietary CAD software | Dassault Systèmes | ||
FreeCAD Generic Name: Open Source CAD software | freecad.org | ||
ABS Like Photopolymer Resin Generic Name: Photopolymer Resin | ELEGOO |
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