×
20.01.2018
218.016.1972

БИОПРИПОЙ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к медицине и касается биоприпоя для лазерной сварки биологических тканей. Биоприпой содержит водную дисперсионную основу белка альбумина. При этом в его состав введены однослойные углеродные нанотрубки и медицинский краситель индоцианин зеленый при следующем соотношении компонентов, мас.%: альбумин 20-25, однослойные углеродные нанотрубки 0,02÷0,05, индоцианин зеленый 0,01, дистиллированная вода - остальное. Изобретение обеспечивает снижение травматизма и герметизацию шва, в частности, при сварке мелких кровеносных сосудов и каналов, мягких тканей: печени, легких. 1 табл., 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области лазерной техники, используемой в нанотехнологических целях, а именно к способам соединения биологических тканей под действием лазерного излучения.

Лазерная сварка обеспечивает ряд преимуществ относительно традиционных методов соединения биологических тканей (с использованием хирургических шовных материалов, например, иглы и нити). В частности, герметичность и стерильность раны, сосудистый анастомоз, практически незаметные рубцы на местах швов, быстрое соединение тканей и т.п. [1].

Биологический припой (биоприпой), который используется при лазерной сварке, в основном состоит из биологического материала в жидком состоянии, например водной дисперсии альбумина [2]. После завершения процесса лазерной сварки жидкая форма биоприпоя твердеет и в месте соединения биологических тканей образуется прочный шов.

Существующие лазерные биоприпои не обеспечивают должную прочность лазерного шва. Например, известно, что биоприпой для лазерной сварки на основе водной дисперсии альбумина позволяет реализовать прочность на разрыв лазерного шва ~0,05 кПа (свиная кожа) [3], или ~0,43 кПа (кишечник собаки) [4]. Такая прочность является неудовлетворительной, так как на несколько порядков уступает прочности швов, полученных хирургическими методами [5].

Известно, что биоприпой на основе наноматериала, в составе которого присутствует альбумин и углеродные нанотрубки, существенно увеличивает прочность лазерного шва [6 5,6]. При исследовании таких биоприпоев на хрящевой и кожной ткани значения их прочности на разрыв шва составили до 25-30% относительно прочности сплошной ткани в режиме in vitro. Достигнутые предельные значения уступают значениям прочности шва, полученным при традиционных методах сшивания [5].

Наиболее близко к предлагаемому изобретению находится биоприпой, используемый в способе лазерной сварки биологических тканей, характеризующийся тем, что содержит различные белки, выступающие в роли связующего вещества, а также наполнители, такие как поверхностно-активные вещества и многостенные углеродные нанотрубки [7] (прототип). Лазерная сварка с использованием предложенного биоприпоя требует высокой мощности излучения (десятки Ватт), кроме того, процесс сварки занимает несколько минут.

Задача изобретения - получение высокопрочного шва при соединении биологических тканей.

Указанная техническая задача решается тем, что в состав биоприпоя на основе водного раствора белка альбумина введены однослойные углеродные нанотрубки и медицинский краситель индоцианин зеленый при следующем соотношении компонентов, мас.%: альбумин 20-25, однослойные углеродные нанотрубки 0,02÷0,05, индоцианин зеленый 0,01, дистиллированная вода - остальное.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при лазерной сварке из биоприпоя испаряется жидкостная компонента дисперсии, и он затвердевает, при этом происходит структуризация однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) определенным образом, и тем самым образуется прочный шов на месте соединения тканей. При этом ОУНТ имеет преимущество относительно многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ). Например, при высоком уровне диспергации нанотрубок и их одинаковом массовом процентном содержании в матрице биоприпоя на основе ОУНТ реализуется более высокая количественная концентрация нанотрубок в объеме матрицы, чем, в биоприпое на основе МУНТ. Следовательно, создание плотного каркаса в припое наоснове ОУНТ более вероятно, чем в припое на основе МУНТ. Медицинский краситель индоцианин зеленый (ИЦЗ) имеет выраженный максимум поглощения в области 800 нм, что совпадает с длиной волны генерации лазерного излучения (810 нм). Следовательно, данный краситель служит в качестве сильного поглотителя лазерного излучения в биоприпое, кроме этого, энергия излучения эффективно поглощается углеродными нанотрубками. Области, где нанотрубки касаются друг друга, происходит перегрев нанотрубок и сваривание их между собой. В результате образуется прочный каркас из углеродных нанотрубок в матрице из альбумина, что позволяет получить прочный сварной шов.

Практическая применимость предлагаемого способа иллюстрируется указанными ниже шагами изготовления водной дисперсии биоприпоя:

1. К дистиллированной воде добавляют ОУНТ в количестве 0,02-0,1 мас.%, после чего полученную дисперсию перемешивают в магнитной мешалке в течение 30 мин, а затем диспергируют в ультразвуковом диспергаторе при температуре ≤30°С в течение 30 мин до получения однородной дисперсии черного цвета.

2. В водную дисперсию ОУНТ вводят порошок бычий сывороточный альбумин (БСА) в концентрации 20-25 мас.% и затем дисперсию помещают в ультразвуковую баню и диспергируют при температуре ≤40°С в течение 60 мин до получения однородной дисперсии БСА/ОУНТ черного цвета.

3. В водную дисперсию БСА/ОУНТ вводят 0,01 мас.% ИЦЗ, дисперсию диспергируют в ультразвуковую бане при температуре ≤40°С в течение 60 мин.

4. Водную дисперсию БСА/ОУНТ/ИЦЗ деконтируют в течение 24 ч, фильтруют и переливают в другой сосуд.

5. Дисперсия БСА/ОУНТ/ИЦЗ является биоприпоем и используется при лазерной сварке.

6. На соединяемые поверхности тонким слоем наносят биоприпой и максимально приближают друг к другу («под лицо») так, чтобы в области предполагаемого шва практически не оставалось зазора. Лазерный луч диаметром ~0,8-1,0 мм проходит со скоростью 2-5 мм/с по поверхности предполагаемого шва с нанесенным припоем. В зависимости от состава свариваемых тканей подбирается режим работы лазера (диодный лазер с оптоволоконным выводом): удельная мощность излучения 0,02-0,1 МВт/м2, длина волны генерации 810 нм, режим генерации - непрерывный, импульсный. Эмпирический подбор режима лазера позволяет реализовать нужные механические параметры сварного шва.

В таблице 1 приведены результаты измерения (in vitro) прочности на разрыв лазерного шва для некоторых типов ткани (свиная кожа и бычий хрящ). Величины σm и σ показывают прочности на разрыв сплошной ткани и лазерного шва соответственно. Эти величины измерялись динамометром типа AIGUZP-500N с разрешением 0,1 Н, с учетом размеров биологических тканей. Образцам биологических тканей придавалась форма полосок с размерами: длина 25-30 мм, ширина 5-8 мм, толщина 1-2 мм.

На фиг. 1 показана типичная картина лазерного шва, полученная на сканирующем электронном микроскопе. Видны углеродные нанотрубки, которые запутаны или свернуты в жгуты и распределены практически однородно в объеме матрицы. Они создают каркасообразную структуру в матрице альбумина. Поскольку углеродные нанотрубки имеют высокие механические параметры, например высокую прочность на разрыв, следовательно, созданный ими каркас также является прочным. Созданию прочного каркаса способствует добавление ИЦЗ, так как данный краситель обеспечивает сильное поглощение лазерного излучения биоприпоем, перегрев углеродных нанотрубок и сваривание их между собой. В целом, лазерный шов, полученный с применением лазерного биоприпоя в составе БСА/ОУНТ/ИЦЗ, приобретает высокую прочность.

Таким образом, каркасообразная структура ОУНТ в матрице биоприпоя при лазерной сварке обеспечивает высокую механическую прочность шва, т.е. высокую прочность соединения биологических тканей.

Важными преимуществами биоприпоя, изготовленного предложенным способом, относительно известных материалов и прототипа являются [3, 4, 6, 7]:

- его матрица состоит из биологического материала (белок альбумин) и из наполнителей в виде одностенных углеродных нанотрубок и медицинского красителя индоцианина зеленого, и в целом наноматериал является биосовместимым;

- его состав 25 мас.% БСА/0,05 мас.% ОУНТ/0,01 мас. % ИЦЗ при лазерной сварке позволяет реализовать шов, прочность которого достигает до 40% относительно прочности соединяемых хрящевых тканей;

- низкое содержание ОУНТ подчеркивает высокую степень безопасности и биосовместимости материала;

- в его составе уменьшено содержание ОУНТ, а прочность лазерного шва значительно увеличена (см. табл. 1);

- удельная мощность (~0,02-0,1 МВт/м2) лазерного излучения для получения лазерного шва уменьшена в несколько раз;

- скорость лазерной сварки увеличена в несколько раз (~2-5 мм/с),

- диаметр пятна лазерного луча на месте шва 0,6-0,8 мм.

Достоинством биоприпоя для лазерной сварки, полученного предложенным способом, является его высокая эффективность, достигнутая благодаря высокой прочности на разрыв лазерного шва, низкому содержанию углеродных нанотрубок, низкой энергетической нагрузке лазерного излучения на свариваемые ткани и высокой скорости процесса сварки.

Предложенный биоприпой перспективен для применения как в традиционных хирургических процедурах, так и в сложных случаях, где важны снижение травматизма и герметизация шва, в частности при сварке мелких кровеносных сосудов и каналов, мягких тканей: печени, легких и др.

Таким образом, реализовано техническое решение задачи, поставленной в настоящем изобретении. Предложен способ приготовления биоприпоя для лазерной сварки на основе биологического материала альбумина и наполнителя из однослойных углеродных нанотрубок и медицинского красителя индоцианина зеленого. Биоприпой, представляющий собой наноматериал, является биосовместимым.

Источники информации

1. Sawyer P.N. Method for welding biological tissue. - US Patent No. 5,824,015.

2. Forer В., Vasilyev Т., Brosh Т., et al. Lasers in Surgery and Medicine, 9999, 1 (2005).

3. Simhon D., Halpern M., Brosh Т., and et al. Annals of surgery, 245 (2), 206-213 (2007).

4. Bleustein C.B., Felsen D., Poppas D.P. Lasers in Surgery and Medicine, 27 (2), 82-86 (2000).

5. Хенч Л., Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. М.: Техносфера. 2007. - 304 с.

6. Герасименко А.Ю., Ичкитидзе Л.П., Подгаецкий В.М., Пономарева О.В., Селищев С.В. / Нанокомпозитный припой для лазерной сварки биологических тканей // Известия вузов. Электроника. 2010. №4. С. 33-41.

7. Патент RU №2425700.

Биоприпой, содержащий водную дисперсионную основу белка альбумина, отличающийся тем, что в состав введены однослойные углеродные нанотрубки и медицинский краситель индоцианин зеленый при следующем соотношении компонентов, мас.%: альбумин 20-25, однослойные углеродные нанотрубки 0,02÷0,05, индоцианин зеленый 0,01, дистиллированная вода - остальное.
БИОПРИПОЙ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 75.
04.04.2018
№218.016.3665

Способ получения кремния с изотопическим составом si, si

Изобретение относится к технологии трансмутационного легирования полупроводниковых материалов, в частности к получению кремния с определенным изотопическим составом, который может быть использован для создания квантовых битов информации на ядерных спинах атомов фосфора, полученных трансмутацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646411
Дата охранного документа: 05.03.2018
10.05.2018
№218.016.412c

Инфракрасный сенсор с переключаемым чувствительным элементом

Инфракрасный сенсор с переключаемым чувствительным элементом относится к устройствам для бесконтактного измерения температуры в различных системах управления и контроля. Инфракрасный сенсор с переключаемым чувствительным элементом содержит теплоприемную мембрану, прикрепленную к подложке с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649040
Дата охранного документа: 29.03.2018
10.05.2018
№218.016.4a9b

Способ локального травления двуокиси кремния

Изобретение относится к микроэлектронике, способам контроля и анализа структуры интегральных схем, к процессам жидкостного травления. Сущность изобретения: выравнивание локальной неравномерности толщины слоя двуокиси кремния на поверхности кристалла ИС, образовавшейся в процессе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651639
Дата охранного документа: 23.04.2018
29.05.2018
№218.016.5539

Способ формирования трехмерных структур топологических элементов функциональных слоев на поверхности подложек

Суть настоящего изобретения состоит в процессе формирования трехмерных структур топологических элементов функциональных слоев на поверхности подложек. Способ основан на применении перспективной «аддитивной технологии», то есть топологические элементы функционального слоя создаются на локальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654313
Дата охранного документа: 17.05.2018
29.05.2018
№218.016.557f

Способ получения фоторезистивного слоя на различных подложках

Изобретение относится к области литографии и касается способа получения фоторезистивного слоя. Фоторезистивный слой получают аэрозольным распылением из раствора фоторезистивного материала. Одновременно с аэрозольным потоком, при расходе не более 0,3 мл/мин, над подложкой формируют поток газа, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654329
Дата охранного документа: 17.05.2018
29.05.2018
№218.016.562c

Устройство для защиты от несанкционированного акустического контроля

Изобретение относится к устройствам защиты от несанкционированного прослушивания разговоров в помещениях. Техническим результатом является повышение эффективности защиты речевой информации от утечки по техническим каналам и несанкционированного акустического контроля. Упомянутый технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654545
Дата охранного документа: 21.05.2018
16.06.2018
№218.016.6250

Автоматизированная контрольно-проверочная аппаратура интегрированной информационно-управляющей системы беспилотного летательного аппарата

Автоматизированная контрольно-проверочная аппаратура (АКПА) интегрированной информационно-управляющей системы беспилотного летательного аппарата содержит ПЭВМ, универсальный решающий модуль и модуль ввода-вывода. Универсальный решающий модуль содержит решающее устройство на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657728
Дата охранного документа: 14.06.2018
16.06.2018
№218.016.632f

Биосовместимый наноматериал для лазерного восстановления целостности рассеченных биологических тканей

Изобретение относится к области лазерной медицины и, конкретно, к восстановительной хирургии. Описан биосовместимый наноматериал для лазерного восстановления целостности рассеченных биологических тканей, содержащий водную дисперсионную основу белка альбумина, углеродные нанотрубки и медицинский...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657611
Дата охранного документа: 14.06.2018
25.06.2018
№218.016.66c1

Автономный портативный термоэлектрический источник питания

Изобретение относится к термоэлектрическим источникам питания. Сущность изобретения: автономный портативный термоэлектрический источник питания включает термоэлектрическое устройство, преобразующее тепло в электричество, источник тепла, находящийся в тепловом контакте с нагреваемой стороной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658494
Дата охранного документа: 21.06.2018
03.07.2018
№218.016.6a1e

Следящий синусно-косинусный преобразователь угла в код

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к синусно-косинусным преобразователям угла в код. Техническим результатом является повышение разрядности преобразователя при меньшем объеме ПЗУ без потери быстродействия преобразования. Следящий синусно-косинусный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659468
Дата охранного документа: 02.07.2018
Показаны записи 21-30 из 33.
04.04.2018
№218.016.3665

Способ получения кремния с изотопическим составом si, si

Изобретение относится к технологии трансмутационного легирования полупроводниковых материалов, в частности к получению кремния с определенным изотопическим составом, который может быть использован для создания квантовых битов информации на ядерных спинах атомов фосфора, полученных трансмутацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646411
Дата охранного документа: 05.03.2018
16.06.2018
№218.016.632f

Биосовместимый наноматериал для лазерного восстановления целостности рассеченных биологических тканей

Изобретение относится к области лазерной медицины и, конкретно, к восстановительной хирургии. Описан биосовместимый наноматериал для лазерного восстановления целостности рассеченных биологических тканей, содержащий водную дисперсионную основу белка альбумина, углеродные нанотрубки и медицинский...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657611
Дата охранного документа: 14.06.2018
24.07.2018
№218.016.7495

Биполярный датчик деформации на основе биосовместимого наноматериала

Использование: для создания тензорезисторных датчиков деформации и давления. Сущность изобретения заключается в том, что биполярный датчик содержит тонкую пленку толщиной 0,05-0,5 мкм из композиционного наноматериала в составе бычьего сывороточного альбумина или микрокристаллической целлюлозы и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662060
Дата охранного документа: 23.07.2018
01.11.2018
№218.016.9932

Устройство для беспроводной чрескожной передачи оптической энергии для питания имплантируемых медицинских приборов

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для беспроводного дистанционного питания имплантируемых медицинских приборов. Устройство содержит внешний передающий модуль, включающий источник энергии, источник оптического излучения, снабженный отражающим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671418
Дата охранного документа: 31.10.2018
15.12.2018
№218.016.a78a

Искусственная мышца для сердечной ткани

Изобретение относится к медицинской технике, натотехнологиям, биомедицинским, биомеханическим протезам, может быть применено в робототехнике и актюаторах (приводах). Для создания искусственной мышцы (ИМ), выполняющей механическую функцию поврежденной сердечной ткани, наиболее подходящими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675062
Дата охранного документа: 14.12.2018
20.03.2019
№219.016.e91e

Устройство для перекачивания крови

Изобретение относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использовано в качестве вспомогательного устройства при недостаточной работе сердца, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного кровообращения. Устройство включает размещенные внутри статорной обмотки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002430748
Дата охранного документа: 10.10.2011
19.04.2019
№219.017.2f75

Фотометр

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик рассеивающих, например биологических, сред. Фотометр состоит из источника оптического излучения, узкой трубки для размещения образца с осью, ориентированной вдоль исходного луча источника оптического излучения, и внутренней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002371703
Дата охранного документа: 27.10.2009
23.04.2019
№219.017.3696

Униполярный датчик деформации

Использование: для создания тензорезисторных датчиков деформации. Сущность изобретения заключается в том, что униполярный датчик деформации содержит гибкую подложку, стекловолокно, на котором нанесена смесь углеродных нанотрубок и графитового порошка, при этом содержит слой толщиной 5-15 мкм из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685570
Дата охранного документа: 22.04.2019
09.06.2019
№219.017.7636

Способ термической очистки углеродных нанотрубок

Изобретение предназначено для термической очистки углеродных нанотрубок. Очищение нанотрубок происходит при контролируемом термическом отжиге на воздухе. Способ термической очистки углеродных нанотрубок осуществляется при контроле процесса отжига нанотрубок путем построения графика зависимости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690991
Дата охранного документа: 07.06.2019
29.06.2019
№219.017.9d50

Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптической техники. В моноблочном лимитере корпус содержит внутреннюю полость, заполненную лимитирующим веществом, которое обладает нелинейным поглощением. В качестве лимитирующего вещества может быть использован расслаивающийся раствор с нижней критической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002350991
Дата охранного документа: 27.03.2009
+ добавить свой РИД