Одной из самых распространенных операций, совершаемой современным хирургом является закрытие частичного или полного разрыва биоткани. Для восстановления структуры биоткани, очень важно своевременно получить прочное и герметичное соединение, с минимальным повреждениями близлежащих областей.
В настоящее время, одним из перспективных направлений в хирургии считается применение бесшовных способов соединения биотканей. К таким способам относятся, например, использование лейкопластырей с заживляющими пропитками или комбинированных клеев. Применимость таких методов ограничена, но все они основаны на методике закрытия раны герметичным барьером, препятствующим проникновению нежелательных бактерий и микроорганизмов, и в то же время не допускающей сдавливания краев и появления краевого некроза.
Лазерная сварка, также относится к бесшовным способам соединения биоткани. От предыдущих она отличается бесконтактным, наиболее безопасным способом соединения тканей, при попутной стерилизации раневой поверхности. Применение же контактных методов соединения тканей, в том числе с использованием клеящих составов, не исключает опасности внесения в рану токсичных составляющих и переноса вирусной инфекции. Важной особенностью лазерной сварки является локальность воздействия лазерного луча, при фокусировке которого легко достигаются миллиметровые и субмиллиметровые размеры засвечиваемой области ткани (рис.1). Еще одной особенностью является адаптивная терморегуляция сварного шва и прилегающих тканей. Лазерная сварка трудно заменима при постоперационном восстановлении сплошности мельчайших хирургических объектов, таких как нервные волокна, кровеносные капилляры, семяпроводящие протоки и т. д
Рис. 1. Томограмма лазерного сварного шва бычьего сухожилия
Для создания швов с помощью лазерной сварки, используются так называемые лазерные нанокомпозитные припои, которые позволяют создать прочное герметичное соединение. Данные смеси состоят из водного дисперсионного раствора альбумина (транспортного белка, входящего в состав сыворотки крови и цитоплазмы клеток человека и животных), в который введены углеродные нанотрубки. Под воздействием лазерного излучения и температуры, такие растворы трансформируются в пастообразный объемный композит, который по своей структуре схож с естественной межклеточной матрицей. Получившийся композит служит основой для формирования соединения и дальнейшего развития клеток биологических тканей [1,2,3].
Различные концентрации и составы нанокомпозитных припоев, перечислены в таблице 1 [4].
Применяемые в Таблице 1 обозначения:
1) БСА — бычий сывороточный альбумин;
2) МУНТ — многостенные углеродные нанотрубки;
3) ОУНТ — одностенные углеродные нанотрубки;
4) ИЦЗ — индоцианин зеленый.
Таблица 1
Концентрации компонентов нанокомпозитных припоев
|
Компонент |
Состав 1 % мас. |
Состав 2 % мас. |
Состав 3 % мас. |
Состав 4 % мас. |
Состав 5 % мас. |
|
БСА |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
|
МУНТ |
0,1 |
0,1 |
|||
|
ОУНТ |
0,1 |
0,1 |
|||
|
ИЦЗ |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
Различные концентрации и составы нанокомпозитных припоев, имеют различные качественные характеристики, результаты испытаний приведены в таблице 2. [5].
Таблица 2
Значение прочности швов на разрыв.
|
Состав |
Состав 1 |
Состав 2 |
Состав 3 |
Состав 4 |
Состав 5 |
|
Прочность на разрыв, МПа |
0,54±15 |
0,14±0,6 |
0,38±0,1 |
0,4±0,16 |
0,82±0,3 |
Современные технологии позволяют создавать герметичные, прочные, бесконтактные, бесшовные соединения биоткани. В данном обзоре перечислены основные составы используемых при таком соединении веществ, а также приведены основные характеристики полученных таким способом соединений.
Литература:
- V. Sriramoju, H. Savage, A. Katz, R. Muthukattil, R. Alfano Management of heat in laser tissue welding using NIR cover window material // Lasers in Surgery and Medicine. 2011. Vol. 43. № 10. PР. 991–997.
- R. Rohanizadeh, N. Kokabi Heat denatured/aggregated albumin- based biomaterial: Effects of preparation parameters on biodegradability and mechanical properties // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2009. Vol. 20. № 12. PР. 2413–2418.
- A. Yu. Gerasimenko, L. P. Ichkitidze, A. A. Pavlov, E. S. Piyankov, D. I. Ryabkin, M. S. Savelyev, S. V. Selishchev, I. B. Rimshan, N. N. Zhurbina, and V. M. Podgaetskii. Laser System with Adaptive Thermal Stabilization for Welding of Biological Tissues // Biomedical Engineering, 2016, Vol. 49, No. 6, pp. 344–348.
- A. Yu. Gerasimenko, L. P. Ichkitidze, E. S. Piyankov, I. V. Pyanov, I. B. Rimshan, D. I. Ryabkin, M. S. Savelyev, V. M. Podgaetskii. Use of indocyanine green in Nanocomposite Solders to Increase Strength and Homogeneity in Laser Welding of Tendons// Biomedical Engineering 50 (5), 310–313.
- Ryabkin, Dmitry I; Rimshan, Irina B; Gerasimenko, Aleksandr Yu; Pyankov, Evgeny S; Zar, Vadim V. Research of dependence of the laser weld tensile strength on the protein denaturation temperature, which is part of the solder// 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 68–70.
