Materiały polimerowe i węglowe w aspekcie zastosowania jako materiał konstrukcyjny dysku polskiej mechanicznej zastawki serca - ocena wybranych własności fizycznych i biologicznych

• Autorzy: Szuber A. , Kościelniak-Ziemniak M. , Janiczak K. , Głowacki M. , Gawlikowski M. , Kustosz R. , Gonsior M. , Wilczek P. , Duber S. , Kaczorowski W. , Niedzielski P. , Grabarczyk J. , Walke W.

Warianty tytułu

EN

Polymeric and carbon materials applied in the construction of Polish mechanical valve disk - evaluation of selected physical and biological properties

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Badania biomateriałów polimerowych i węglowych prowadzone są w celu doboru odpowiednich materiałów konstrukcyjnych dla polskiej dyskowej mechanicznej zastawki serca typu Moll. W obszarze zainteresowania znalazły się: polieteroeteroketon (PEEK), PEEK utwardzony powierzchniowo warstwą węglową typu DLC oraz węgiel szklisty. Biomateriały zostały poddane wybranym badaniom strukturalnym (badaniom mikrotwardości metodą Vickersa i porowatości z wykorzystaniem analizatora Autosorb iQ) oraz badaniom własności mechanicznych na stanowisku badań zmęczeniowych. Własności biozgodne biomateriałów oceniono wykorzystując nowoczesną metodę badań biologicznych biomateriałów - badania trombogenności powierzchni wykonano na urządzeniu Impact-R, w testach dynamicznego kontaktu z krwią w warunkach oddziaływania sił ścinających. Wyniki badań zmęczeniowych i oceny trombogenności materiałów polimerowych potwierdziły właściwe zastosowanie materiału PEEK w konstrukcji dysku zastawki mechanicznej przeznaczonej do stosowania krótkoterminowego (około 12 miesięcy) wpozaustrojowej pulsacyjnej pompie mechanicznego wspomagania serca. Zastosowanie utwardzającej powłoki węglowej typu DLC na polimerze stanowi właściwy kierunek prac mających na celu uzyskanie bardziej wytrzymałej powierzchni dysku w kontakcie z tytanowym pierścieniem zastawek, co potwierdziły testy zmęczeniowe. Przeprowadzone badania mikrotwardości biomateriałów wskazały wysoką wytrzymałość oraz twardość opracowywanego węgla szklistego.

EN

The polymeric and carbon biomaterials tests are performed in order to select the proper constructional materials for Polish mechanical tilting valve type Moll. In the area of interests are: polyetheretherketone (PEEK), PEEK with a DLC (diamond like carbon) surface layer and glassy carbon. The biomaterials were analyzed in selected structural tests (micro hardness tests utilizing Vickers method and porosity tests utilizing Autosorb iQ analyzer) and mechanical properties investigation on the fatigue test stand. Biocompatibility properties of biomaterials were evaluated utilizing new biological investigation method - biomaterial surface thrombogenicity test performed using Impact-R device, in the dynamic blood contact conditions with shear stress impact. The results of fatigue and thrombogenicity tests of polymeric materials confirmed the proper PEEK use in the mechanical valve disk construction dedicated for short term application (approximately 12 months) in the extracorporeal pulsatile ventricular heart assists device. The hardened carbon type DLC surface layer on the polymer is the appropriate direction of investigation in order to obtain more durable disk surface in the contact with titanium valve housing, what was confirmed in fatigue tests. The micro hardness biomaterials tests showed high strength and hardness of investigated glassy carbon.

Słowa kluczowe

PL

dysk mechanicznej zastawki serca; biomateriały; biozgodność; mechaniczne wspomaganie serca

EN

mechanical heart valve disc; biomaterials; biocompatibility; mechanical heart support

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 121
• Strony: 25--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Szuber A.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Kościelniak-Ziemniak M.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Janiczak K.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Głowacki M.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Gawlikowski M.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Kustosz R.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Gonsior M.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Wilczek P.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Sztucznego Serca, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze

autor

Duber S.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

autor

Kaczorowski W.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

autor

Niedzielski P.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

autor

Grabarczyk J.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź

autor

Walke W.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Biomedycznej, ul. Gen. Charlesa de Gaulle'a 72, 41-800 Zabrze

Bibliografia

• [1] Religa G.: Współczesne zastosowanie mechanicznego wspomagania serca. Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska 3 (2007) 206-210.
• [2] Gonsior M.: Obróbki jarzeniowe stopu tytanu Ti6Al4V w aspekcie zastosowania na pierścień zastawki serca. Rozprawa doktorska.
• [3] Kapis A., Kustosz R., Bujok W., Jóźwik K., Obidowski D., Reorowicz P., Kłosiński P.: Blood pump in particular a pneumatic ventricular assist device; EP 2491966; Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii.
• [4] Rachwalik M., Biały D., Wawrzyńska M.: Mechaniczne protezy zastawek serca - historia i rozwój technologii. Inżynieria Biomedyczna 16, 3 (2010) 265-267.
• [5] Kobayashi, K.J., Williams, J.A., Nwakanma, L.U., Weiss: Euro-SCORE predicts short- and mid-term mortality in combined aortic valve replacement and coronary artery bypass patients. Journal of Cardiac Surgery 24, 6 (2009) 637-643.
• [6] DeWall R.A, Qasim N., Carr L.: Evolution of mechanical heart valves. The Annals of Thoracic Surgery 69 (2000) 1612-1621.
• [7] Gott V.L., Alejo D.E., Cameron D.E. Mechanical heart valves: 50 years ofevolution. TheAnnals ofThoracic Surgery 76 (2003) 2230-2239.
• [8] Nair K., Muraleedharan C.V., Bhuvaneshwar G.S.: Developments in mechanical heart valve prosthesis. SADHANA - Academy Proceedings in Engineering Sciences 28 (2003) 575-587.
• [9] Strona internetowa: http://www.invibio.com/biocompatible-polymers/peek-optima.php
• [10] Kaczorowski W., Niedzielski P., Mitura S.: Wytwarzanie warstw węglowych w nowym reaktorze MW/RF. Inżynieria Biomateriałów 43-44 (2005) 29-32.
• [11] Kościelniak-Ziemniak M., Wilczek P., Kustosz R., Gonsior M.: Biocompatybility in vitro investigation of ReligaHeart EXT ventricular assist device structural polymers, treated with technological process. Engineering of Biomaterials 15 (2012) 57-61.
• [12] Kościelniak-Ziemniak M., Gorka K., Kustosz R., Wilczek P., R. Wojnicz, Reichman-Warmusz E., Wieczorek J., Kosenyuk J., Smorąg Z.: Ocena biozgodności polimeru dedykowanego konstrukcji pulsacyjnych protez wspomagania serca. Referat na Międzynarodowej konferencji BioMedTech Silesia, Zabrze, Polska (2011).
• [13] Kustosz R., Kościelniak-Ziemniak M., Janiczak K., Gawlikowski M.: Badania protez serca powstających w programie Polskie Sztuczne Serce. Biuletyn Programu Polskie Sztuczne Serce 6 (2011) 9-24.
• [14] Kaczorowski W., Batory D., Niedzielski P., Kościelniak-Ziemniak M., Wilczek P., Gawlikowski M., Kustosz R., Szuber A., Gonsior M.: Plasma surface modification of disc artificial heart valves by carbon-based coatings. Referat na seminarium „Nowe trendy w toksykologii - nanocząstki i nanomateriały" Łódź (2012).
• [15] Kościelniak-Ziemniak M., Wilczek P., Gawlikowski M., Wierzchoń T., Szuber A., Kustosz R., Gonsior M.: Badania trombogenności in vitro materiałów tytanowych modyfikowanych powierzchniowo dla zastosowania w konstrukcji pierścieni mechanicznych protez zastawek serca typu Moll. Poster na III konferencji Katowickiego Oddziału Polskiego Towarzystwa Diagnostyki Laboratoryjnej "Postępy medycyny laboratoryjnej" Ustroń, Polska (2012).

Uwagi

PL

Prace zrealizowano w ramach: 1.zadań badawczych strategicznego rządowego programu wieloletniego na lata 2007-2012 pn.: „Polskie Sztuczne Serce" (NCBiR); 2.projektu rozwojowego pt. „Opracowanie typoszeregu dyskowych zastawek mechanicznych dla pediatrycznych komór wspomagania serca" (13-0118/10/2011, NCBiR); 3. projektu badawczego „ Węglowy dysk dla zastawki mechanicznej dla polskich komór wspomagania serca" (N N518 285540, NCN).