Medžiagų revoliucija: evoliucijos kelias nuo nerūdijančio plieno iki išmaniųjų lydinių

Medžiagų revoliucija: evoliucijos kelias nuo nerūdijančio plieno iki išmaniųjų lydinių

Provokuojantis klausimas:

Kodėl metalinei adatai, naudojamai spindulinės terapijos metu, vienu metu reikalingas aviacijos ir kosmoso medžiagų stiprumas, biologinis suderinamumas ir MRT suderinamumas? Kai radioaktyvusis šaltinis adatos spindžiu keliauja keliais centimetrais per sekundę, kokio lygio trinties ir radiacijos{0}}sukelta žala patiria adatos sienelę? Medžiagų mokslo pažanga iš esmės keičia brachiterapijos adatų veikimo ribas mikroskopiniu lygmeniu.

Istorinis kontekstas

Pirmosios-kartos brachiterapijos adatose buvo naudojamas standartinis medicininis nerūdijantis plienas, todėl susiduriama su dviem pagrindiniais iššūkiais: audinių atsparumu, sukeliančiu adatos kelio nukrypimą, ir korozijos riziką ilgalaikio-implantavimo metu. 1990 m.316LVM medicininis nerūdijantis plienas​ tapo standartu, kai pridėjus molibdeno žymiai pagerėjo atsparumas chlorido taškinei korozijai. Įžengus į XXI amžių, titano lydinių pristatymas atnešė revoliucinius pokyčius-titano adata gali būti20% plonesnisnei lygiaverčio stiprumo nerūdijančio plieno adata, visiškai pašalinant MRT artefaktus.

Medžiagos matrica

Šiuolaikinių brachiterapinių adatų medžiagų pasirinkimas sudarė visą techninį spektrą:

Paviršiaus inžinerija

Mikroskopinis paviršiaus apdorojimas lemia pradūrimo efektyvumą ir biologinį atsaką:

Deimantinės{0}}anglies (DLC) dangos:​ 2-5 μm storio, sumažinant trinties koeficientą nuo 0,6 iki 0,1 ir taip sumažinant atsparumą pradūrimui40%.

Hidrofilinės polimerinės dangos:PEG dangos, susilietus su audiniais, sudaro hidratuotą sluoksnį, dar labiau sumažindamos audinių pažeidimus.

Antimikrobinės sidabrinės dangos:​ Taikoma aplikatorių adatoms, kad būtų ilgai-išliktas, sumažinant infekcijos riziką iki žemiau0.5%.

Džedziango universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos mokslininkai sukūrė gradiento nanostruktūros titano lydinio adatas. Paviršiaus kietumas HV450{2}}1,5 karto didesnis už tradicinių titano adatų kietumą, paradoksaliai sumažina pradūrimo jėgą25%. Ši „išoriškai kieta, viduje kieta“ savybė kyla iš nano-kristalinio sluoksnio, suformuoto naudojant paviršiaus mechaninį dilimo apdorojimą (SMAT).

Gamybos revoliucija

Šiuolaikinė tiksli gamyba griauna tradicinius gamybos būdus:

Mikro-elektrocheminis apdirbimas (μ-ECM):​ Naudojamas gaminti itin smulkius adatinius vamzdelius, kurių vidinis skersmuo yra 0,3 mm, o sienelės storis 0,05 mm, su apvalumo paklaida<0.005mm.

Lazerinis mikro{0}}virinimas:​Suvirinimo siūlės plotis tarp stebulės ir veleno 0,1 mm tikslumu užkertamas kelias radioaktyvumui.

Išmanios tikrinimo sistemos:​ Mašininis matymas{0}}pagrįstas adatos antgalio kampų aptikimas 0,1 laipsnio tikslumu, užtikrinantis nuspėjamą pradūrimo trajektoriją.

Klinikinis patvirtinimas

Pekino sąjungos medicinos koledžo ligoninėje atliktas klinikinis tyrimas parodė, kad prostatos vėžiu sergantiems pacientams, gydytiems nano-dengtomis titano lydinio adatomis, sumažėjo adatos įdėjimo nuokrypis operacijos metu nuo 2,3 mm (tradicinis nerūdijantis plienas) iki1,1 mm. Ūminio šlapimo sudirginimo simptomų dažnis sumažėjo nuo 35% iki22%. Tolesni MRT tyrimai{1}}atskleidė a~40% sumažinimastarpvietės edemos plotyje.

Ateities medžiagos

Į ateitį{0}}žvelgiantys tyrimai sutelkti į tris kryptis:

Biologiškai absorbuojamos adatos:​ Laikini įtaisai, pagaminti iš magnio lydinių arba polimerų, kurie visiškai suyra per 6 mėnesius po -spinduliavimo.

Savaime{0}}sutepančios adatos:​Sudėtyje yra kietų lubrikantų mikrokapsulių, kurios nuolat atsipalaiduoja pradūrimo metu, idealiai tinka sudėtingam kelių{0}}adatų reguliavimui.

Jutimo adatos:​Integruojamos Fiber Bragg grotelės (FBG), kurios realiuoju laiku{0}}jaučia galiuko jėgą, temperatūrą ir audinio tipą.

Kaip teigė Li Shutangas, Kinijos mokslų akademijos akademikas ir medžiagų mokslininkas: „Medžiagų naujovės medicinos prietaisuose yra susijusios su pasitikėjimo tarp gydytojo ir paciento atkūrimu mikroskopiniu mastu“. Nuo pasyvių konstrukcinių medžiagų iki aktyvių funkcinių medžiagų – brachiterapijos adatos evoliucijos istorija yra ryškus gilaus medžiagų mokslo ir klinikinės medicinos dialogo liudijimas.