Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışma, kurban armatürleri kullanılarak küçük bir form faktörüne sahip nitinol telleri/çerçeveleri şekillendirmek için düşük maliyetli bir imalat tekniğini göstermektedir. Teknik, karmaşık şekillere sahip minimal invaziv implantlar için tasarlanmış kendiliğinden genişleyen çerçevelerin imalatı için gösterilmiştir.
NiTiNOL (genellikle nitinol veya NiTi olarak anılır) teller, olağanüstü şekil hafızası ve süper elastik özelliklere sahipken, şekil belirleme genellikle maliyetli bir işlemdir. Bu süreçteki adımlar arasında ısıl işlem, şekil belirleme için yüksek sıcaklıklara maruz kalmayı gerektirir. Geleneksel olarak, bu amaç için metal armatürler kullanılır. Bununla birlikte, üretim maliyetleri önemli olabilir, bu da prototipleri yinelemek için ideal değildir. Bu çalışma, pahalı armatürlere olan ihtiyacı ortadan kaldıran, bakır borulardan yapılmış kurban armatürleri kullanarak yakın zamanda tanıtılan bir yaklaşımı göstermektedir. Bu bakır borular, karmaşık geometrilerin oluşturulmasına izin verir ve imalat sürecinin çeşitli aşamaları için bir iskele sunarlar. Ayrıca, amonyum persülfat, NiTi çerçevelerinin üretimini basitleştiren seçici bakır aşındırma için kullanılır. Bu çalışmanın bulguları, bu tekniğin etkinliğini doğrulamakta ve kendi kendine genişleyen çerçeveler için NiTi tellerinin başarılı şekil ayarını göstermektedir. Bu metodoloji, özellikle tıbbi cihazlardakiler olmak üzere çeşitli uygulamalar için NiTi tel kafeslerinin hızlı prototiplenmesine olanak tanıyarak gelecekteki araştırmaların önünü açmaktadır.
NiTi teller tıbbi implantlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ancak cihaz imalatı sırasında ilk şekil belirleme işlemi gerektirir1. Kateter tüpleri, kılavuz teller, taş alma sepetleri, filtreler, iğneler, diş törpüleri ve diğer cerrahi aletler dahil olmak üzere NiTi'den çeşitli cihazlar yapılır2. NiTi'nin biyouyumluluğu, süper elastikiyeti ve yorulma direnci onu bu uygulamalar için uygun hale getirir. Ek olarak, otomotiv ve havacılık endüstrilerinde uygulamaları vardır3.
NiTi'nin kullanımı, yüksek maliyeti ve şekil belirleme için gereken karmaşık süreçler nedeniyle sınırlıdır. Şekil belirleme sürecinde, NiTi yapıları geleneksel olarak bir fikstür4 içinde hapsedilirken yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 500 °C) maruz bırakılır. Bu yüksek sıcaklık ve şekil belirleme işlemi sırasındaki gerilmeler, yüksek mekanik mukavemete sahip bir fikstür gerektirir. Bu nedenle tipik armatürler genellikle metallerden yapılır1. Bu nedenle, tipik olarak işlenen metal fikstürlerin kullanılması maliyetleri artırır ve NiTi yapılarının hızlı prototiplenmesi ve test edilmesi için zorluklar doğurur. Alternatif bir yaklaşım, işlemi basitleştiren pimler ve plakalardan1 yapılmış yeniden yapılandırılabilir fikstürlerin kullanılmasını içerir; Bununla birlikte, bu işlemin karmaşık geometrilerin şekillendirilmesinde sınırlamaları vardır. Buna göre, düşük maliyetli malzemeler ve üretim kullanan düşük maliyetli, şekil belirleme süreci, şekil belirleme NiTi çerçeveleri gerektiren araştırmalar için oldukça arzu edilir.
NiTi'nin hızlı prototipleme ihtiyacını karşılamak için, yakın zamanda düşük maliyetli 3D baskılı parçalar kullanan bir protokol ve şekil belirleme NiTi telleriiçin hazırlanmış üretim 5 tanıttık. Bu yöntem, minimum kütleye sahip kurban fikstürlerini içerir. Fikstürün, tel şekillendirme ve şekil belirleme (ısıl işlem) işlemleri sırasında NiTi telinin sabitlenmesinde faydalı olduğu gösterilmiştir. Erişilebilir ve düşük maliyetli bir malzeme olarak bakır borular kullanılmıştır. Güçlendirici bir kurban fikstürü görevi görür ve standart tel bükme teknikleri, karmaşık yapıların şeklini belirlemek için kullanılabilir. Pirinç boruların alternatif olarak kullanılabileceği görülmüştür. Tavlama işleminden sonra bakırın seçici aşındırılması için son aşamada amonyum persülfat kullanıldı. Bu adım nihayet şekil ayarlı NiTi tellerini serbest bıraktı. Bu yaklaşım, kurban yapılarının ara parça olarak yenilikçi kullanımını göstermektedir. Bu yaklaşım eklemeli üretim ile birleştirildiğinde, karmaşık şekillerin imalatı elde edilebilir.
İn vitro yerleştirme testi, bir kateter yoluyla yerleştirilmek üzere tasarlanmış, kendiliğinden genişleyen bir prototip implantın fizibilitesini değerlendirmek için temel testler arasındadır. Bu testler, kendiliğinden genişleyen bir implantın gerekli boyuta sahip bir kılıf/kateterden başarılı bir şekilde geçip geçemeyeceğini değerlendirmeyi içerir. Bu tür testler çeşitli transkateter cihazlarda veya implant prototiplerinde kullanılmıştır; bazı örnekler arasında sol atriyal apendiks tıkayıcıları 6,7, yumuşak stentler8, NiTi akış yönlendirici9 ve NiTi stentleri10 bulunur. Bu çalışmalar, kateterler boyunca kendi kendine genişleyebilen ve böylece bir transkateter implant için ön gereksinimleri karşılayan karmaşık topolojilere sahip NiTi çerçevelerini hızlı bir şekilde üretmek için bir metodolojiye olan ihtiyacı vurgulamaktadır.
Bu makalenin amacı, uygun maliyetli ve iyi hazırlanmış üretim yöntemlerinin ana hatlarını çizmek ve her süreç için ayrıntılı, adım adım bir kılavuz sağlamaktır. İmplantlar için uygun, kendi kendine genişleyen çeşitli NiTi tel çerçeveleri göstermeye odaklanır ve uygun fiyatlı ve verimli teknikler kullanarak karmaşık topolojiler üretmek için gereken yöntemin temel yönlerini analiz eder. Bu makale, bu çerçevelerin test edilmesini ve atriyal septuma transeptal implant dağıtımını simüle eden bir tezgah üstü kurulumda bir Fr-12 kateter aracılığıyla yerleştirilmesini içerir. Bu test, önceki çalışma 6,8 tarafından kullanılan temel testlere benzer. Bu yöntem, bir kateterden geçtikten sonra kendi kendine genişleyen bir prototip çerçevenin yerleştirilme yeteneğini gösterdi. Sonuç olarak, bu metodoloji, bir NiTi çerçevesi için belirli bir topolojinin/tasarımın, belirli bir kateter yoluyla yerleştirme için ön mekanik gereksinimleri karşılayıp karşılayamayacağını belirlemeye yardımcı olabilir.
Bu çalışma, NiTi çerçeveleri için prototiplerin üretilmesine ve bunların topolojisinin ve uygunluğunun temel karakterizasyonuna odaklanırken, implantların geliştirilmesi için çeşitli diğer karakterizasyonlar11 ve düzenleyici güvenlik testleri12,13 gereklidir. Bazı karakterizasyonlar, yüzey özelliklerinin/kimyasının14, korozyonun14, yorulma analizinin13, hemouyumluluk13 ve biyouyumluluğun15 karakterizasyonunu içerir.
NOT: Bu protokolde kullanılan tüm malzemelerle ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın. Şekil 1A , bakır/NiTi çerçevesinin bir örneğini göstermektedir. Koruyucu eldiven kullanın.
1. Bir NiTi çerçevesi/prototipi tasarımının yinelenmesi
2. Çerçevenin kenarlarının film veya kumaşla kaplanması
3. Çerçeve dağıtımını test etme
NiTi çerçeveleri, düşük maliyetli plastik armatürler ve el aletleri kullanılarak çeşitli topolojilere şekillendirildi (Şekil 1). 1.1 ila 1.4 arasındaki protokol adımlarında (Şekil 1A), NiTi/Cu çerçeveleri karmaşık topolojiler halinde oluşturulmuştur. Protokol adımı 1.5'i takiben, NiTi çerçevelerini serbest bırakmak için Cu kazınmıştır (Şekil 1B). Burada, Cu fikstürü...
Bu protokolde, 3D baskılı fikstürlerin ısıl işlem (tavlama), aşındırma ve tasarımı gibi birden fazla adım titiz bir dikkat gerektirir. 500 ° C'den 17 veya NiTi'nin tavlama süresinden sıcaklıktaki büyük değişiklikler, NiTi telinin süper elastikiyetine ve istenen şekillerinelde edilmesine zarar verebilir 18. Yanlış koşullarla (sıcaklık ve zaman) yapılan ısıl işlem de süperelastik özelliğin kaybına neden olab...
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir.
Bu yayında bildirilen araştırmalar, Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü tarafından R21EB030654 Numaralı Ödül altında desteklenmiştir. İçerik yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin resmi görüşlerini temsil etmek zorunda değildir. S. Alaie ve J. Mata, destekleri için New Mexico Eyalet Üniversitesi Makine ve Havacılık Mühendisliği Bölümü'ne ve Mühendislik Fakültesi'ne de teşekkür eder. Yazarlar, Şekil 2'nin oluşturulmasında ve referansların düzenlenmesindeki katkılarından dolayı Oscar Lara ve Angel de Jesus Zuniga Ramirez'e teşekkür eder. Yazarlar ayrıca video gösterilerine katkılarından dolayı Andrea Gonzalez Martinez ve Jesus Armando Gil Parra'ya teşekkür eder.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır