Introdução
Os dispositivos viscocirúrgicos oftálmicos (OVDs) são soluções ou géis viscoelásticos usados para proteger o endotélio da córnea contra traumas mecânicos e para manter o espaço intraocular durante a cirurgia ocular. Eles geralmente contêm um ou mais dos seguintes componentes: ácido hialurônico ou seu sal de sódio, sulfato de condroitina ou metilcelulose. Como esses materiais são poliméricos, eles tendem a ser viscoelásticos e suas propriedades dependem muito de fatores como concentração, peso molecular e arcarquitetura molecular, bem como interações intra ou intermoleculares em solução.
Os OVDs podem ser classificados de acordo com sua "coesividade ou dispersividade", que, em última análise, estão relacionadas às suas propriedades reológicas. Os OVDs coesivos são materiais de alta viscosidade que aderem uns aos outros por meio de associações moleculares. Eles tendem a ter pesos moleculares mais altos e são altamente diluídos por cisalhamento com alta EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão superficial. Devido à sua alta viscosidade, os OVDs coesivos são capazes de pressurizar o olho e criar espaço para a inserção do implante óptico (lente). Sua coesividade também facilita a remoção no final da cirurgia, pois toda a massa fica unida. Em contrapartida, os OVDs dispersivos tendem a ter peso molecular menor e são mais newtonianos. Elas têm viscosidades mais baixas e menor EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão superficial, o que as torna mais capazes de revestir e aderir aos tecidos e aos instrumentos cirúrgicos, além de ajudar a lubrificar o implante óptico durante a inserção. Os OVDs dispersivos tendem a ser mais difíceis de remover após a cirurgia devido à sua maior fluidez. Além das duas classes que acabamos de descrever, há também as MOVs combinadas que incorporam propriedades dispersivas e coesivas e as MOVs visco-adpativas que apresentam propriedades diferentes, dependendo das condições de uso.
Atualmente, existe um Padrão Internacional (ISO15798:2013) que detalha os requisitos para caracterizar esses materiais em termos de suas características biológicas, químicas e físicas. Para os fins desta nota de aplicação, estamos preocupados com a seção da norma que trata da caracterização reológica. A norma determina que o produto deve ser testado em seu estado acabado e esterilizado a 25°C para testes reológicos e envolve testes de cisalhamento oscilatório e constante, respectivamente, para caracterizar as características viscoelásticas e de fluxo em termos de viscosidade dinâmica, viscosidade complexa e módulos viscoelásticos.
A viscosidade complexa é medida como uma função da frequência de oscilação usando incrementos logarítmicos para demonstrar simultaneamente a resistência ao fluxo e à deformação da formulação de OVD. A faixa de frequência especificada é entre 0,001 Hz e 1000 Hz, mas 0,01 Hz a 100 Hz é considerado aceitável, desde que o platô de viscosidade de cisalhamento zero (em frequências decrescentes) seja acessível. Isso ocorrerá em frequências mais baixas para materiais de viscosidade mais alta. Muitas vezes, não é possível atingir 100 Hz em um reômetro rotacional devido a limitações de inércia e, portanto, deve-se buscar a maior frequência possível.
A elasticidade ou viscoelasticidade do OVD é caracterizada por G' e G" e é medida simultaneamente com n* até uma frequência de 100 Hz, idealmente, ou o mais alto possível, considerando as limitações de inércia. Os dados devem ser apresentados em uma escala logarítmica dupla em relação à frequência ou como um gráfico da porcentagem de elasticidade em relação à frequência logarítmica, por exemplo, como 100 × [G'/ (G'+G")] versus frequência logarítmica.
Para medições de cisalhamento constante, a faixa de taxa de cisalhamento sugerida é de 0,001 s-1 para aproximar a viscosidade de cisalhamento zero, representativa das condições dentro da câmara anterior, a uma taxa de cisalhamento de aproximadamente 100 s-1, para reproduzir as condições quando o fluido viscoelástico estiver sendo injetado no olho por meio de uma cânula. As taxas de cisalhamento devem ser aumentadas em incrementos logarítmicos e os dados de viscosidade de cisalhamento constante devem ser apresentados como uma função da taxa de cisalhamento em uma escala logarítmica dupla. Como a medição de fluidos de baixa viscosidade em baixas taxas de cisalhamento pode ser problemática, a menor taxa de cisalhamento na qual a viscosidade de cisalhamento zero pode ser atingida é considerada aceitável. O platô de viscosidade de cisalhamento zero tende a aparecer em taxas de cisalhamento mais altas para materiais de baixa viscosidade e em taxas de cisalhamento mais baixas para materiais de alta viscosidade, portanto, nem sempre são necessárias taxas de cisalhamento baixas. Observe que a viscosidade de cisalhamento zero de cisalhamento constante deve corresponder ao valor equivalente de n* medido por meio de testes oscilatórios.
Experimental
- Uma formulação OVD contendo ácido hialurônico em três concentrações diferentes 15 mg/ml, 18 mg/ml e 25 mg/ml foi analisada e comparada de acordo com a ISO15798:2013.
- As medições do reômetro rotacional foram feitas usando um reômetro rotacional Kinexus com um cartucho de placa Peltier e usando um sistema de medição de placa cônica de 4°/40 mm para medições oscilatórias e uma placa cônica de 2°/20 mm para testes de viscosimetria.
- Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que ambas as amostras fossem submetidas a um protocolo de carregamento consistente e controlável. Todas as medições reológicas foram realizadas a 25°C.
- Uma varredura de frequência controlada por EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão dentro da viscoelástica linear predeterminada foi realizada para determinar G', G" e η* em função da frequência.
- Um teste de tabela de equilíbrio de taxas de cisalhamento foi realizado para determinar a viscosidade de cisalhamento (dinâmica) em estado estável em função da taxa de cisalhamento.
- Os valores de η0 foram obtidos por meio de uma análise de modelo cruzado no software rSpace
Resultados e discussão
Teste de oscilação
As curvas de viscosidade complexa em função da frequência angular (ω = 2πf) são mostradas na Figura 1. Essas curvas são típicas de um fluido viscoelástico, em que, em altas frequências, a viscosidade complexa é baixa (mais elástica) e aumenta com a diminuição da frequência à medida que a energia elástica é convertida em energia viscosa, culminando em um platô de viscosidade constante. O início desse platô de viscosidade constante ou de viscosidade de cisalhamento zero (n*0) é claramente visível para todas as amostras, sendo que as concentrações mais altas têm viscosidades mais altas.
A Figura 2 mostra as curvas G' e G" na mesma faixa de frequência para as três soluções de HA. Em altas frequências, o Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico G' é dominante, concomitante com um valor baixo de n*, e decai com a diminuição da frequência (aumento do tempo) à medida que a energia elástica é convertida em energia viscosa, o que é consistente com o aumento e o eventual platô em n*.
O cruzamento G'/G" indica uma transição do comportamento elástico dominante (pseudogel) para o comportamento líquido dominante, com o inverso da frequência de cruzamento 1/ωc representando o tempo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento mais longo do material ou o tempo necessário para que aproximadamente 63% da energia elástica ou da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão sejam dissipados à medida que o polímero relaxa. O módulo nesse Ponto de cruzamentoEm testes reológicos, como uma varredura de frequência ou uma varredura de tempo/temperatura, o ponto de cruzamento é um ponto de referência conveniente para indicar um ponto de "transição" da amostra.ponto de cruzamento pode ser chamado de "módulo de cruzamento" (Gc) e é uma medida da rigidez total nessa frequência angular. Assim como n*, as soluções de HA com as concentrações mais altas têm os largemelhores valores de G' em todas as frequências e também o tempo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento mais longo. Isso é consistente com um número maior de interações ou emaranhados intermoleculares, o que faz com que esses materiais se comportem de forma mais elástica por mais tempo quando estressados.
Teste de viscosimetria
As curvas de fluxo em estado estável para as três soluções de HA são mostradas na Figura 3. largeTodas as amostras são de afinamento por cisalhamento ou pseudoplásticas, mostrando uma queda na viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, o que reflete as curvas de viscosidade complexa vs. frequência angular na Figura 1. Esse é um dos motivos pelos quais os dados de viscosidade complexa são plotados em relação à frequência angular, uma vez que a frequência angular pode ser equivocada com a taxa de cisalhamento e, para sistemas líquidos e poliméricos simples, n*(ω) ≈ n(γ) à medida que ω tende a zero. Nesse caso, os dados de n e n* concordam muito bem na região de baixa frequência e baixa taxa de cisalhamento com valores comparáveis de n0 e a mesma tendência de concentração.
Análise de dados
A viscosidade de cisalhamento zero pode ser estimada diretamente tomando-se um único ponto ou uma média de vários pontos dentro do platô de viscosidade de cisalhamento zero. Um método alternativo e frequentemente preferido é aplicar um modelo reológico conhecido por se ajustar muito bem a curvas desse tipo. Esses modelos incluem os modelos Cross e Carreau, que estão disponíveis no software rSpace. Eles podem ser ajustados aos dados n*(ω) e n(γ), desde que o coeficiente de correlação do ajuste seja alto. A Figura 4 mostra um modelo de Cross ajustado aos dados de taxa de viscosidade e cisalhamento para a solução de HA de 15 mg/ml e demonstra como esse modelo se ajusta bem aos dados.
A viscosidade de cisalhamento zero para todas as amostras com base no ajuste do modelo cruzado dos dados n*(ω) e n*(γ) está listada na Tabela 1. Os dados da análise cruzada automatizada para as curvas G' e G" também são relatados.
Valores mais altos de n0 indicam menor mobilidade e, portanto, propriedades mais coesas, enquanto valores mais baixos indicam melhor dispersão. Em termos de dados de G' e G", uma frequência de cruzamento menor (ωc) e um módulo de cruzamento maior (Gc) indicariam uma estrutura mais coesa, enquanto um valor maior de ωc e um valor menor de Gc indicariam um sistema mais dispersivo. De modo mais geral, os OVDs dispersivos tendem a ter valores de n0 inferiores a 50 Pas e os OVDs coesivos entre 100 e 100.000 Pas, com essas viscosidades mais altas geralmente associadas a valores mais altos de Gc e valores mais baixos de ωc. De acordo com esse critério, as três soluções testadas seriam classificadas como sendo mais coesivas do que dispersivas por natureza.
Tabela 1: Valores relatados para a viscosidade de cisalhamento zero (n0), frequência de cruzamento (ωc) e módulo de cruzamento (Gc) após o ajuste do modelo cruzado e a análise de cruzamento, respectivamente
| Concentração de HA | n0 (Pa.s) | n*0 (Pa.s) | ωc(rad/s) | Gc(PA) |
|---|---|---|---|---|
| 15 mg/ml | 365 | 389 | 0.768 | 62 |
| 18 mg/ml | 623 | 660 | 0.094 | 85 |
| 25 mg/ml | 1867 | 1919 | 0.064 | 145 |
Conclusão
As propriedades reológicas de um OVD à base de HA em três concentrações diferentes de HA foram avaliadas de acordo com a norma ISO15798:2013 usando um reômetro rotacional Kinexus. Isso envolveu a medição da viscosidade de cisalhamento dinâmica em estado estável, da viscosidade complexa e dos módulos viscoelásticos (G' e G"). As diferentes amostras foram caracterizadas e comparadas em termos de suas viscosidades de cisalhamento zero e perfis de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento, respectivamente, a fim de classificá-las melhor em termos de suas propriedades "coesivas e dispersivas".