3D printing of a controlled urea delivery device for the prevention of tooth decay
-rasm. Yuklash samaradorligi va karbamid o'z ichiga olgan filamentlarning ajralish kinetikasi. a
Yüklə 459,59 Kb.
|
|
2-rasm. Yuklash samaradorligi va karbamid o'z ichiga olgan filamentlarning ajralish kinetikasi. a, karbamid yuklangan filamentlarning SEM tasvirlari: kesma va sirt. Masshtab satri = 500 mkm. b - d, (b) PCL, (c) PCL/PEG va (d) PCL/PVA filamentlarida karbamidning yuklanish samaradorligi 1 H NMR spektroskopiyasi bilan aniqlanadi. O'rtacha + sd (n = 3). e – g, (e) PCL, (f) PCL/PEG va (g) 10, 30 va 50% karbamidni o'z ichiga olgan PCL/PVA filamentlaridan karbamidning to'plangan chiqishi. O'rtacha ± sd (n = 3).
Karbamid bilan o'rnatilgan filamentlar FDM 3D printeri uchun xom ashyo sifatida polimer va karbamid kukunlari aralashtirilgan va bitta vintli HME da qizdirilgan holda ishlab chiqarilgan. PCL o'zining mukammal xavfsizlik profili ( Sun va boshq., 2006 ), mos mexanik xususiyatlar ( Ryokawa va boshq., 2006 ) va past ishlov berish harorati tufayli filamentlarning iskala sifatida ishlatilgan. Tegishli 8/2 va 9/1 (w/w) ozuqa nisbatlarida aralashtirilgan PVA yoki PEG kukunlari polimer matritsasining ajralib chiqish kinetika xususiyatlarini sozlash uchun formulaga qo'shildi. PEG ning yuqori ozuqa og'irligi nisbatlarini o'z ichiga olgan formulalar yaxshi siqib chiqarilmadi, chunki ular polimerning past erish harorati (T m = 60 ◦ C, S8-rasm ) tufayli PCL (100) ishlov berish haroratiga nisbatan zaif polimer eritmalariga olib keldi. ◦ C). Karbamid barcha polimer aralashmalariga 10, 30 yoki 50 og'irlikda kiritilgan. Karbamidning TGA 145 ◦ C degradatsiya haroratini aniqladi, bu haroratda 1,4% vazn yo'qotishi ( S9-rasm ), bu HME va FDM jarayonlari uchun etarli barqarorlikni ko'rsatadi. Barcha formulalar SEM tasvirlarida ko'rsatilganidek, tegishli silindrsimon filamentlarni berdi ( 2-rasm a va S10). Biroq, 50% karbamid izchil filamentli kostyum ishlab chiqarish uchun eng yuqori erishilgan og'irlik nisbati edi 3D bosib chiqarish imkoniyatiga ega. XRD tahlili shuni ko'rsatdiki, turli xil formulalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan karbamid, PCL va PEG kukunlari kristallangan, PVA esa amorf holatda edi ( S11 a-rasm ). Shu bilan birga, filamentlarning diffraktogrammalarida PEGning aniq signali kuzatilmadi, ehtimol ozuqa tarkibidagi hidrofilik polimerning past nisbati tufayli. Karbamid, PEG va PVA ning PCL matritsasiga ta'siri XRD anal yordamida tekshirildi. 50% karbamid yuklangan formulalar ysis, chunki ular tarqalish naqsh xususiyatlarida eng katta o'zgarishlarni ko'rsatadi ( 1-rasm). S11 b va c). Asosiy PCL aksining (21,5 ◦ ) kengayishi yoki bo'linishi barcha formulalarda kuzatildi, bu karbamid, PEG yoki PVA qo'shilishi bilan PCL kristalligining pasayishini ko'rsatadi. Bundan tashqari, xuddi shu matritsada PCL ning asosiy aks etishi ham karbamid miqdori ortishi bilan kengayib bordi, bu polimerning kristalliligining pasayishini ko'rsatdi ( 1-rasm). S11 d, e va f). XRD diffraktogrammalarida (22,25 ◦ ) karbamidning rentgen nurida aks etishi ( S11-rasm ) va DSC termogrammalarida karbamidning erish cho'qqisi (136,5 ◦ C) ( rasm S12) barcha filamentlarda karbamid qolishi mumkinligini tasdiqladi. HME dan keyin kristall holati. XRD diffraktogrammasida barcha formulalarda karbamidning eng kuchli aks etishining (22,25 ◦ ) buzilishlari kuzatilgan ( 2-rasm). S11 d, e va f), karbamid kristalli strukturasi bog'lanish yoki kuchlanish ta'siridan o'zgarganligini anglatadi. Bular qayta sults karbamid va polimerik matritsalar o'rtasidagi ba'zi o'zaro ta'sirlarni taklif qiladi ( Gubicza, 2014 ). PCL ning erish cho'qqisi barcha polimerik matritsalardagi karbamid miqdoridan mustaqil ravishda o'zgarishsiz qoldi ( S12-rasm ). Filamentlarni ishlab chiqarishda ishlatiladigan PEG kukuni kristalli bo'lsa-da, uning erish cho'qqisi (T m = 61,6 ◦ C, S8-rasm ) DSC termogrammalarida kuzatilmadi ( S12-rasm ). Xuddi shunday, amorf PVA ning shisha o'tishi (T g = 61,8 ◦ C) aniqlanmadi. Karbamid barcha polimer matritsalarida muvaffaqiyatli yuklandi ( 2-rasm b, c va d). Yuklash samaradorligi (foiz sifatida kiritilgan karbamid miqdori yemdagi miqdorning yoshi) PCL 10, 30 va 50% filamentlarida mos ravishda 89, 94 va 95% ga yetdi. Xuddi shunday, PCL/PVA matritsasi formulalar uchun dastlabki karbamid miqdorining 88% ni o'z ichiga oladi. 10% karbamid o'z ichiga oladi va yuklash samaradorligi PCL/PVA 30 va 50% uchun 95% dan oshdi. Ishlab chiqarilgan PCL/PEG filamentlarida dastlabki karbamidning 92, 100 va 94% ni, 10, 30 va 50% ni tashkil qiladi. o'z navbatida, mutatsiyalar. Turli formulalarning ajralib chiqish kinetikasi simulyatsiya qilingan tupurikda 37 ◦ C da in vitro o'rganildi ( 2-rasm e, f va g). Barcha uch xil polimer matritsalari 2-4 kun ichida 100% chiqarilishga erishdi. Chiqarish tadqiqotining oxirida, SEM xochda karbamid kristalining (va ehtimol PVA/PEG) erishi natijasida yuzaga keladigan teshiklar kuzatilishi mumkin edi. filamentlarning bo'lim tasvirlari ( S13-rasm ). 1 H NMR tahlili tadqiqot oxirida namunadagi karbamid yo'qligini tasdiqladi ( S14-rasm ). 3 turdagi matritsalar o'rtasida farqlar kuzatilgan bo'lsa-da, bir xil polimer matritsasidagi ajralib chiqish kinetikasi kiritilgan karbamid miqdoridan mustaqil edi. PCL va PCL/PEG matritsalari 4 kun davomida karbamidning barqaror chiqarilishini ko'rsatdi ( 2-rasm e va f). Shu bilan birga, PCL filamentiga nisbatan (1 kunda 48,8 ± 1,7%) PCL/PEG matritsasida (1 kunda 63,4 ± 6,0 %) yuqori portlash kuzatildi. PEGga qaraganda yuqori konsentratsiyalarda mavjud bo'lgan PVA qo'shilishi karbamidning to'liq chiqishi (96,1 ± 24,2%) bilan ajralib chiqish tezligini sezilarli darajada oshirdi. bir kunda hosil qilingan ( 2-rasm g). Polimer matritsasi ichidagi karbamid tarkibini o'zgartirib, sun'iy tupurikda turli xil karbamid yuklarini etkazib berishga erishish mumkin edi ( S15-rasm ). 2,5 sm uzunlikdagi filament uchun PCL 10% 4 kun ichida 11,1 ± 0,8 mg karbamidni, PCL/PEG 10% va PCL/PVA 10% esa bir xil vaqt ichida 18,9 ± 5,2 va 13,9 ± 0,4 mg ni ajratdi. , mos ravishda. 50% karbamid o'z ichiga olgan PCL/PEG va PCL/PVA formulalari 79,8 ± 5,0 va 66,8 ± ni chiqardi. 4 kun ichida mos ravishda 5,0 mg karbamid, PCL matritsasi esa xuddi shu davrda 52,3 ± 3,5 mg ni chiqardi. Filamentning mexanik xususiyatlari Karbamidning filamentlarning mexanik xususiyatlariga ta'sirini tekshirish uchun valentlik sinovlari o'tkazildi ( 3-rasm a-3i). Karbamid kontsentratsiyasini oshirishda barcha materiallarda mo'rtlikning oshishi kuzatildi lar. Ushbu natijani polimer tarmoqdagi ko'plab nuqsonlarning mavjudligi va barcha ishlab chiqarilgan materiallarda XRD tahlilida kuzatilgan PCL kristalligining pasayishi bilan izohlash mumkin ( 1-rasm). S11 ). PCL formulalarida karbamid miqdori 0 dan 50% gacha ko'tarilganligi sababli valentlik kuchining 21,4 ± 0,5 dan 7,3 ± 1,2 MPa gacha va cho'zilishning 14,4 ± 1,3 dan 2,9 ± 0,5% gacha keskin pasayishini ko'rsatdi ( 3 a va d-rasm ). ). Xuddi shunday tendentsiya PVA o'z ichiga olgan filamentlarda ( 3-rasm c va f) valentlik quvvati 11,4 ± 0,4 dan 5,8 ± 1,1 MPa gacha va PCL/PVA 0 uchun cho'zilish 7,9 ± 1,2 dan 1,8 ± 0,3 % gacha kamaygan holda kuzatildi. mos ravishda % va PCL/PVA 50 % tizimlari. Nihoyat, PCL/PEG matritsasi ham karbamid kontsentratsiyasi 0 dan 5 0 gacha oshgani sababli valentlik kuchining pasayishi (17,8 ± 3,8 dan 5,11 ± 0,7 MPa gacha) va cho'zilishning pasayishi (15,3 ± 2,6 dan 7,4 ± 1,6%) ko'rsatilgan. % ( 3-rasm d va e). 3 g va 3i-rasmda ko'rsatilganidek, karbamidsiz PCL va karbamidsiz PCL/PVA matritsalari mos ravishda 382,9 ± 17,3 MPa va 446,5 ± 34,8 MPa teng Young modullarini ko'rsatdi va bu PVA ning cheklangan ta'sirini ko'rsatdi. PCL matritsasi. Aksincha, PCL matritsasida 10 wt% PEG kiritilishi Young modulining 302,0 ± 10,7 MPa ga pasayishiga olib keldi ( 3-rasm h) ( Rosa va boshq., 2005 ), ( Nunes va boshq., 1982). ). PCL/PEG matritsasiga karbamid kristallarining kiritilishi mendagi bu farqni kuchaytirdi. mexanik xususiyatlar va karbamid kontsentratsiyasining oshishi bilan Young modulining yanada pasayishiga olib keldi, PCL va PCL/PVA matritsalarida karbamidning kiritilishi esa teskari ta'sir ko'rsatdi. PCL / PEG va PCL / PVA formulalari o'rtasidagi mexanik xususiyatlardagi farqlar PEG va PVA o'rtasidagi molekulyar og'irlik, kristallik, PCL bilan molekulyar o'zaro ta'sir va PCL bilan aralashish kabi farqlarning elastikligiga qanday ta'sir qilishini tushunish uchun qo'shimcha tekshirishni talab qiladi. aralashtirmoq. Karbamid yuklangan filamentlarni 3D bosib chiqarish Filamentlar FDM 3D printeriga it suyagi shaklidagi namunalar, tish qopqoqlari yoki stomatologik tovoqlar kabi turli xil bosilgan narsalarni ishlab chiqarish uchun oziqlangan. Barcha filamentlar yaxshi piksellar bilan chop etilishi mumkin edi ( 4-rasm a va b). Chop etilgan ob'ektlarning mikroskop tasvirlari karbamid kontsentratsiyasining ortishi bilan qo'polroq tashqi yuzani aniqladi. Bundan tashqari, kesma tasvirlar turli qatlamlarning sintezi bilan bir hil bosib chiqarishni ko'rsatdi, bu esa haroratlarni muvaffaqiyatli bosib chiqarish optimallashtirilganligini ko'rsatadi. Termal ko'mir jihatidan farqlar kuzatilmadi polimerik matritsalardagi karbamid miqdoridan mustaqil ravishda kuzatilgan PCL va karbamidning erish cho'qqisiga ega bo'lgan filamentlarga nisbatan bosilgan matritsalardagi akteristikalar ( S12-rasm ). Yuklash effekti tsentlar matbaa ob'ektidagi karbamid miqdorining ozuqa miqdoriga nisbatan foizi sifatida hisoblangan. Biz 3D bosma ob'ektlarda filamentlarga nisbatan bir oz pastroq karbamid miqdorini kuzatdik, bu yuqori bosim haroratidan foydalanish tufayli karbamid degradatsiyasining natijasi bo'lishi mumkin va HME bilan solishtirganda FDM jarayonida yuqoriroq yashash vaqti. 4 c-4e-rasmda ko'rsatilganidek, 3D bosilgan ob'ektlarda yuklash samaradorligi PCL, PCL/PVA va PCL/PEG formulalari uchun mos ravishda 80, 85 va 90% ga yetdi. Ushbu tadqiqotda qo'shimcha ishlab chiqarish nafaqat muqobil ishlab chiqarish platformasi sifatida, balki davolanish samaradorligini oshirish uchun bemorga maxsus moslashtirishni ta'minlash uchun ham ishlatilgan. Karbamidni bir yo'nalishda etkazib berish uchun stomatologik patnisning noyob dizayni yaratilgan emalni himoya qiladi ( 4-rasm f va g). Bukkal muhitda karbamid suyultirilishini kamaytirish orqali ushbu dizayn yuqori mahalliy konsentratsiyani ta'minlaydi, natijada yuklangan birikmalarning potentsial ta'mga ta'sirini minimallashtirish bilan samarali etkazib berish mumkin. Tish patnisining raqamli 3D modeli = 600 - = 600 - = 600 - Yüklə 459,59 Kb. Dostları ilə paylaş:
|