Zastosowanie technologii natryskiwania ultradźwiękowego w przygotowaniu szwów antybakteryjnych zawierających triklosan

Zastosowanie technologii natryskiwania ultradźwiękowego w przygotowaniu szwów antybakteryjnych zawierających triklosan

Zakażenie miejsca operowanego (ZMO) jest jednym z najczęstszych powikłań pooperacyjnych, nie tylko wydłużającym pobyt w szpitalu i zwiększającym obciążenie medyczne, ale także potencjalnie zagrażającym życiu w ciężkich przypadkach. Wśród wielu środków zapobiegawczych, antybakteryjne szwy chirurgiczne są uważane za ważny środek zmniejszający ryzyko infekcji, ponieważ działają bezpośrednio na krytycznym etapie zamykania rany.

Triklosan, jako środek przeciwbakteryjny o szerokim spektrum działania, ma dobre działanie hamujące na wiele powszechnych bakterii związanych z zakażeniami miejsca operowanego, w tym Staphylococcus aureus (w tym szczepy MRSA oporne na metycylinę) i Escherichia coli. Nałożenie triklosanu jako powłoki na powierzchnię szwu pozwala na powolne uwalnianie składników przeciwbakteryjnych w organizmie, przy czym działanie przeciwbakteryjne utrzymuje się zwykle od 5 do 7 dni po zabiegu, co odpowiada okresowi krytycznemu dla gojenia się ran.

Jednolite, mocne i skuteczne pokrycie powierzchni szwu triklosanem jest głównym wyzwaniem technicznym w antybakteryjnym przygotowaniu szwów. Technologia natryskiwania ultradźwiękowego, z jej unikalnymi zaletami precyzji, jednolitości i wydajności, staje się ważną drogą procesową w tej dziedzinie.

Zasada techniczna natryskiwania ultradźwiękowego

Natryskiwanie ultradźwiękowe to precyzyjna technologia przygotowania powłoki. Jego podstawową zasadą jest wykorzystanie przetwornika ultradźwiękowego do zamiany energii elektrycznej na wibracje mechaniczne o wysokiej częstotliwości, atomizując roztwór zawierający triklosan na jednolite kropelki w skali mikronowej, a nawet nanometrowej, pod wpływem energii wibracyjnej. Te maleńkie, zatomizowane cząstki są następnie kierunkowo osadzane na powierzchni szwu pod wpływem gazu nośnego pod niskim ciśnieniem (takiego jak czyste powietrze lub azot), tworząc cienką i jednolitą powłokę antybakteryjną.

W przeciwieństwie do tradycyjnych metod natryskiwania, które opierają się na atomizacji strumieniem powietrza pod wysokim ciśnieniem, natryskiwanie ultradźwiękowe nie wymaga uderzenia pod wysokim ciśnieniem, co pozwala uniknąć rozpryskiwania i marnowania materiału powłokowego. Biorąc za przykład układ roztworów triklosanu i etanolu, ultradźwiękowa dysza atomizująca o wysokiej częstotliwości 120 kHz może rozbić roztwór na jednolite kropelki o wielkości 10–50 μm, przy wąskim i kontrolowanym rozkładzie wielkości kropel.

Podstawowe zalety natryskiwania ultradźwiękowego

Wyjątkowo wysoka jednorodność powłoki

Szwy medyczne to precyzyjne wyroby medyczne wymagające rygorystycznych wymagań dotyczących jednorodności powłoki. Niewielkie odchylenie wielkości kropli generowane przez atomizację ultradźwiękową, w połączeniu z kierunkowym osadzaniem uzyskiwanym za pomocą gazu nośnego pod niskim ciśnieniem, zapewnia kontrolę odchyłki grubości powłoki na powierzchni szwu w zakresie ± 5%. Natomiast tradycyjne procesy powlekania zanurzeniowego mogą powodować odchylenia w grubości powłoki o 30% -50%. Ta wysoka jednorodność ma kluczowe znaczenie w przypadku delikatnych szwów, skutecznie pozwalając na uniknięcie problemów związanych z „miejscowym gromadzeniem się” lub „brakującą powłoką”, powszechnymi w przypadku tradycyjnych metod.

Brak specjalnych ograniczeń dotyczących materiałów szwów: 

Technologia natryskiwania ultradźwiękowego zapewnia doskonałą wszechstronność procesu. Niezależnie od tego, czy stosuje się szwy wchłanialne (takie jak PGA i PLA), czy szwy niewchłanialne (takie jak nylon i polipropylen), idealne powłoki można uzyskać dostosowując parametry natryskiwania (takie jak częstotliwość ultradźwiękowa i lepkość roztworu). W przypadku szwów wchłanialnych powłoka triklosanu ulega degradacji synchronicznie ze szwem, unikając pozostałości powłoki; w przypadku szwów niewchłanialnych powłoka przylega przez długi czas, stale zapewniając ochronę przed infekcjami.

Wysokie wykorzystanie materiału: 

W tradycyjnych procesach powlekania zanurzeniowego stopień wykorzystania materiału powłokowego wynosi tylko 30–50%, przy czym duża ilość materiału jest tracona wraz z cieczą odpadową. Jednakże natryskiwanie ultradźwiękowe pozwala uzyskać współczynnik wykorzystania powłoki ponad czterokrotnie większy niż w przypadku tradycyjnego natryskiwania dwupłynowego. To nie tylko zmniejsza koszty produkcji, ale także zmniejsza obciążenie związane z przetwarzaniem ścieków zawierających składniki bioaktywne, co wykazuje znaczną wartość dla środowiska.

Niskie obrażenia

ochrona podłoża i elementów funkcjonalnych: Wpływ wysokiego ciśnienia tradycyjnych metod natryskiwania wysokociśnieniowego może uszkodzić podłoża wrażliwe na ciepło lub spowodować przedwczesną degradację wchłanialnych szwów (takich jak PGA). Natryskiwanie ultradźwiękowe wykorzystuje niskociśnieniowy gaz nośny do dostarczania kropelek, uzyskując precyzyjne i nieniszczące wiązanie pomiędzy powłoką a podłożem szwu, skutecznie chroniąc właściwości mechaniczne szwu i działanie przeciwbakteryjne triklosanu.

Urządzenia do atomizacji i natryskiwania ultradźwiękowego atomizują roztwór powłoki za pomocą wibracji ultradźwiękowych o wysokiej częstotliwości, wytwarzając atomizowane cząstki o wielkości mikrona. Biorąc za przykład dyszę atomizującą o wysokiej częstotliwości 120 kHz, jej dokładność atomizacji jest lepsza niż w przypadku konwencjonalnych dysz 40–60 kHz, rozpylających roztwór triklosanu + etanolu na drobniejsze, bardziej jednolite kropelki. Powstała powłoka antybakteryjna wykazuje odchylenie jednorodności grubości mniejsze niż 5%.

Technologia natryskiwania ultradźwiękowego zapewnia precyzyjny, wydajny i uniwersalny proces przygotowania szwów antybakteryjnych zawierających triklosan. Zasadniczo eliminuje wąskie gardła tradycyjnych procesów powlekania zanurzeniowego i natryskiwania, takie jak nierówne powlekanie, straty materiału i uszkodzenia podłoża. Dzięki swoim podstawowym zaletom, takim jak wysoka jednorodność, wysokie wykorzystanie materiału i niskie uszkodzenia, doskonale spełnia rygorystyczne wymagania szwów medycznych do powłok w zakresie „bezpieczeństwa biologicznego, stabilności funkcjonalnej i spójności procesu”.

Wraz z ciągłym rozwojem medycyny precyzyjnej i implantów personalizowanych, perspektywy zastosowania technologii natryskiwania ultradźwiękowego w przygotowaniu powłok funkcjonalnych do szwów antybakteryjnych i innych wyrobów medycznych będą jeszcze szersze.