Giriş
Oftalmik Viskocerrahi Cihazlar (OVD'ler), kornea endotelini mekanik travmadan korumak ve göz ameliyatı sırasında göz içi boşluğunu korumak için kullanılan viskoelastik solüsyonlar veya jellerdir. Genellikle aşağıdaki bileşenlerden bir veya daha fazlasını içerirler; hyaluronik asit veya sodyum tuzu, kondroitin sülfat veya metilselüloz. Bu malzemeler polimerik olduklarından, özellikleri konsantrasyon, moleküler ağırlık ve moleküler architektür gibi faktörlerin yanı sıra çözeltideki molekül içi veya moleküller arası etkileşimlere büyük ölçüde bağlı olan visko-elastik olma eğilimindedirler.
OVD'ler, sonuçta reolojik özellikleriyle ilişkili olan 'TackinessYapışkanlık, yüzey yapışkanlığı açısından aynı (otohezyon) veya farklı (kohezyon) malzemelerden oluşan 2 katman arasındaki etkileşimi tanımlar.yapışkanlık veya dağılabilirliklerine' göre sınıflandırılabilir. Kohezif OVD'ler, moleküler birliktelikler yoluyla birbirlerine yapışan yüksek viskoziteli malzemelerdir. Daha yüksek moleküler ağırlığa sahip olma eğilimindedirler ve yüksek yüzey gerilimi ile yüksek oranda kayma incelmesine sahiptirler. Yüksek viskoziteleri nedeniyle, kohezif OVD'ler göze basınç uygulayabilir ve optik implantın (lens) yerleştirilmesi için alan yaratabilir. Yapışkanlıkları ayrıca tüm kütle birbirine yapıştığı için ameliyat sonunda kolayca çıkarılmalarını kolaylaştırır. Buna karşılık, dispersif OVD'ler moleküler ağırlık bakımından daha düşük olma eğilimindedir ve daha Newtonian'dır. Daha düşük viskoziteye ve daha düşük yüzey gerilimine sahip olduklarından hem dokuları hem de cerrahi aletleri daha iyi kaplayabilir ve bunlara yapışabilir ve ayrıca yerleştirme sırasında optik implantın yağlanmasına yardımcı olurlar. Dispersif OVD'ler, daha yüksek akışkanlıkları nedeniyle ameliyattan sonra çıkarılması daha zor olma eğilimindedir. Az önce açıklanan iki sınıfa ek olarak, dispersif ve kohezif özellikleri bir araya getiren kombinasyon OVD'ler ve kullanım koşullarına bağlı olarak farklı özellikler gösteren visko-adpatif OVD'ler de vardır.
Artık bu malzemelerin biyolojik, kimyasal ve fiziksel özellikleri açısından karakterize edilmesine yönelik gereklilikleri detaylandıran bir Uluslararası Standart (ISO15798:2013) bulunmaktadır. Bu uygulama notunun amacı doğrultusunda, standardın reolojik karakterizasyon ile ilgili bölümü ile ilgileniyoruz. Standart, reolojik test için ürünün bitmiş ve sterilize edilmiş haliyle 25°C'de test edilmesi gerektiğini belirtmekte ve dinamik viskozite, kompleks viskozite ve viskoelastik modüller açısından hem viskoelastik hem de akış özelliklerini karakterize etmek için sırasıyla hem salınımlı hem de sabit kesme testlerini içermektedir.
Karmaşık viskozite, OVD formülasyonunun akış ve deformasyona karşı direncini aynı anda göstermek için logaritmik artışlar kullanılarak salınım frekansının bir fonksiyonu olarak ölçülür. Belirtilen frekans aralığı 0,001 Hz ile 1000 Hz arasındadır ancak sıfır kayma viskozitesi platosuna (azalan frekanslarda) erişilebildiği sürece 0,01 Hz ile 100 Hz arası kabul edilebilir olarak değerlendirilir. Bu, daha yüksek viskoziteli malzemeler için daha düşük frekanslarda gerçekleşecektir. Eylemsizlik sınırlamaları nedeniyle rotasyonel reometrede 100 Hz'e ulaşmak genellikle mümkün değildir ve bu nedenle ulaşılabilecek en yüksek frekans hedeflenmelidir.
OVD'nin elastikiyeti veya viskoelastisitesi G' ve G" ile karakterize edilir ve ideal olarak 100 Hz frekansa kadar veya atalet sınırlamaları göz önünde bulundurularak mümkün olan en yüksek frekansa kadar n* ile eş zamanlı olarak ölçülür. Veriler ya frekansa karşı çift logaritmik ölçekte ya da log frekansa karşı yüzde elastikiyet grafiği olarak, örneğin log frekansa karşı 100 × [G'/ (G'+G"] şeklinde sunulmalıdır.
Sabit kayma ölçümleri için önerilen kayma hızı aralığı, ön kamara içindeki koşulları temsil eden sıfır kayma viskozitesine yaklaşmak için 0,001 s-1 'den, viskoelastik sıvının bir kanül yoluyla göze enjekte edildiği koşulları taklit etmek için yaklaşık 100 s-1'lik bir kayma hızına kadardır. Kayma hızları logaritmik artışlarla artırılmalı ve sabit kayma viskozitesi verileri çift logaritmik ölçekte kayma hızının bir fonksiyonu olarak sunulmalıdır. Düşük viskoziteli sıvıların düşük kayma hızlarında ölçülmesi sorunlu olabileceğinden, sıfır kayma viskozitesinin elde edilebildiği en düşük kayma hızı kabul edilebilir olarak kabul edilir. Sıfır kayma viskozitesi platosu, düşük viskoziteli malzemeler için daha yüksek kayma hızlarında ve yüksek viskoziteli malzemeler için daha düşük kayma hızlarında ortaya çıkma eğilimindedir, bu nedenle düşük kayma hızları her zaman gerekli değildir. Sabit kayma sıfır kayma viskozitesinin, salınım testi kullanılarak ölçülen eşdeğer n* değerine karşılık gelmesi gerektiğini unutmayın.
Deneysel
- Üç farklı konsantrasyonda 15 mg/ml, 18 mg/ml ve 25 mg/ml hyaluronik asit içeren bir OVD formülasyonu ISO15798:2013'e göre analiz edilmiş ve karşılaştırılmıştır.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşlu bir Kinexus rotasyonel reometre ve salınım ölçümleri için 4°/40 mm konik plaka ölçüm sistemi ve viskozimetri testleri için 2°/20 mm konik plaka kullanılarak yapılmıştır.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi tutulmasını sağlamak için standart bir yükleme sırası kullanılmıştır. Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Frekansın bir fonksiyonu olarak G', G" ve η* değerlerini belirlemek için önceden belirlenmiş doğrusal viskoelastik içinde gerinim kontrollü bir frekans taraması gerçekleştirilmiştir.
- Kayma hızının bir fonksiyonu olarak kararlı durum kayma (dinamik) viskozitesini belirlemek için bir denge kayma hızı tablosu testi gerçekleştirilmiştir.
- Η0 değerlerine rSpace yazılımı içinde bir Çapraz model analizi yoluyla ulaşılmıştır
Sonuçlar ve Tartışma
Salınım Testi
Açısal frekansın (ω = 2πf) bir fonksiyonu olarak karmaşık viskozite eğrileri Şekil 1'de gösterilmektedir. Bu eğriler, yüksek frekanslarda karmaşık viskozitenin düşük olduğu (daha elastik) ve elastik enerji viskoz enerjiye dönüştürüldükçe azalan frekansla artarak sabit bir viskozite platosuyla sonuçlanan tipik bir viskoelastik akışkandır. Bu sabit viskozite veya sıfır kayma viskozitesi platosunun (n*0) başlangıcı, daha yüksek konsantrasyonların daha yüksek viskozitelere sahip olduğu tüm numuneler için açıkça görülebilir.
Şekil 2, üç HA çözeltisi için aynı frekans aralığında G' ve G" eğrilerini göstermektedir. Yüksek frekanslarda, Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. elastik modül G' baskındır, düşük bir n* değerine eşlik eder ve elastik enerji viskoz enerjiye dönüştürüldükçe azalan frekansla (artan zaman) azalır, bu da n*'deki artış ve nihai plato ile tutarlıdır.
G'/G" geçişi, elastik baskın (sözde jel benzeri) davranıştan sıvı baskın davranışa geçişi gösterir ve geçiş frekansının tersi 1/ωc, malzemenin en uzun gevşeme süresini veya polimer gevşerken elastik enerjinin veya gerilimin yaklaşık %63'ünün dağılması için gereken süreyi temsil eder. Bu geçiş noktasındaki modül 'geçiş modülü' (Gc) olarak adlandırılabilir ve bu açısal frekanstaki toplam sertliğin bir ölçüsüdür. N*'de olduğu gibi, en yüksek konsantrasyonlara sahip HA çözeltileri tüm frekanslarda largest G' değerlerine ve aynı zamanda en uzun gevşeme süresine sahiptir. Bu durum, daha fazla sayıda moleküller arası etkileşim veya dolaşıklığın bu malzemelerin gerildiğinde daha uzun süre daha elastik davranmasına neden olmasıyla tutarlıdır.
Viskozimetri Testi
Üç HA çözeltisi için kararlı durum akış eğrileri Şekil 3'te gösterilmektedir. Tüm numuneler kayma inceltici veya psödoplastiktir ve artan kayma hızı ile viskozitede bir düşüş gösterir ki bu da largeŞekil 1'deki karmaşık viskozite ve açısal frekans eğrilerini yansıtır. Karmaşık viskozite verilerinin açısal frekansa karşı çizilmesinin nedenlerinden biri budur, çünkü açısal frekans kesme hızıyla eşitlenebilir ve basit sıvı ve polimerik sistemler için n*(ω) ≈ n(γ) ω sıfıra eğilimlidir. Bu durumda n ve n* verileri düşük frekans, düşük kayma hızı bölgesinde karşılaştırılabilir n0 değerleri ve aynı konsantrasyon eğilimi ile çok iyi uyuşmaktadır.
Veri Analizi
Sıfır kayma viskozitesi, sıfır kayma viskozitesi platosu içinde tek bir nokta veya birden fazla noktanın ortalaması alınarak doğrudan tahmin edilebilir. Alternatif ve sıklıkla tercih edilen bir yöntem de bu tip eğrilere çok iyi uyduğu bilinen bir reolojik model uygulamaktır. Bu modeller, rSpace yazılımında mevcut olan Cross ve Carreau modellerini içerir. Bunlar, uyum için korelasyon katsayısı yüksek olduğu sürece hem n*(ω) hem de n(γ) verilerine uydurulabilir. Şekil 4, 15 mg/ml HA çözeltisi için viskozite-kayma hızı verilerine takılan bir Cross modelini göstermekte ve bu modelin verilere ne kadar iyi uyduğunu ortaya koymaktadır.
N*(ω) ve n*(γ) verilerininÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz model uydurmasına dayalı olarak tüm numuneler için sıfır kayma viskozitesi Tablo 1'de listelenmiştir. G' ve G" eğrileri için otomatikÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz analiz verileri de rapor edilmiştir.
Daha yüksek n0 değerleri daha düşük hareketliliğe ve dolayısıyla daha yapışkan özelliklere işaret ederken, daha düşük değerler daha iyi dağılabilirliğe işaret etmektedir. G' ve G" verileri açısından, daha düşük birÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz geçiş frekansı (ωc) ve daha yüksek birÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz geçiş modülü (Gc) daha kohezif bir yapıya işaret ederken, daha yüksek bir ωc değeri ve daha düşük bir Gc değeri daha dağıtıcı bir sisteme işaret eder. Daha genel olarak dispersif OVD'ler 50 Pas'tan daha düşük n0 değerlerine ve 100 ila 100000 Pas arasında herhangi bir yerde kohezif OVD'lere sahip olma eğilimindedir ve bu yüksek viskoziteler genellikle daha yüksek Gc değerleri ve daha düşük ωc değerleri ile ilişkilidir. Bu kritere göre, test edilen üç çözelti doğası gereği dispersiften çok kohezif olarak sınıflandırılabilir.
Tablo 1: Çapraz model uydurma veÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz geçiş analizi sonrasında sırasıyla sıfır kayma viskozitesi (n0), çapraz geçiş frekansı (ωc) veÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz geçiş modülü (Gc) için bildirilen değerler
| HA Konsantrasyonu | 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 |
Sonuç
HA bazlı bir OVD'nin üç farklı HA konsantrasyonundaki reolojik özellikleri, Kinexus rotasyonel reometre kullanılarak ISO15798:2013'e göre değerlendirilmiştir. Bu, kararlı durum dinamik kesme viskozitesi, kompleks viskozite ve viskoelastik modüllerin (G' ve G") ölçülmesini içeriyordu. Farklı numuneler, 'kohezif ve dispersif' özellikleri açısından daha iyi sınıflandırılabilmeleri için sırasıyla sıfır kayma viskoziteleri ve gevşeme profilleri açısından karakterize edilmiş ve karşılaştırılmıştır.