신속한 지혈을 위해 간에서 전기방사 의료용 접착제 섬유의 전기장 수정 제자리 정밀 증착

결과 및 토론

정확한 증착을 위한 전기장 수정 E-방적

그림 1 및 추가 파일 1:그림 S1은 전기장 수정 전자 방사 기술이 장착된 수제 휴대용 전자 방사 장치를 보여줍니다. 그것은 두 개의 무수은 알카라인 AAA 배터리(직경 10mm, 높이 44mm; LR03, Fujian Nanping, Nanfu Battery, China)를 고전압 변환기로 전원 공급 장치로 사용하고 크게 발전하는 도시 전력 공급의 제한을 제거합니다. 야외에서 휴대용 사용. 중요한 것은 최근에 보고된 e-방적 장치[11]와 크게 달리 크기를 조정할 수 있는 금속 원뿔이 방적 바늘에 장착되어 있다는 것입니다. 금속 원뿔의 도입은 원래의 전자기장 분포를 변경하고 전자 방사 프로세스에 영향을 미칩니다. 감전과 같은 안전 문제는 일반적으로 고전압이 아닌 고전류로 인해 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 이 연구에서 휴대용 장치는 안전을 보장하기 위해 고전압과 저전류를 유지하는 데 사용되는 변환기를 가지고 있습니다.

간 절제술 지혈을 위한 전기장 변형 e-spinning NOCA 섬유의 개략도

그림 2a는 의료용 접착제에서 NOCA 섬유의 SEM 이미지를 보여줍니다. NOCA 섬유의 직경은 약 1~3μm이며 이러한 섬유는 연속 섬유 형태를 나타냅니다. 그림 2b는 이러한 NOCA 섬유의 FTIR 스펙트럼을 보여줍니다. 최대 714cm ⁻¹ , 2761cm ⁻¹ 및 1732cm ⁻¹ -CH₂의 진동에 해당 –, –C≡N 및 –C=O. 최대 3127cm ⁻¹ =CH-에 해당하는 부분이 거의 사라지는데, 이는 e-spinning 과정에서 중합 과정에서 발생하며, 이는 단량체 분자에서 대부분의 alkenyl C=C 결합이 고분자 사슬로 변형되는 현상입니다. 또한, 우리는 금속 콘의 크기와 방향성 증착 사이의 관계를 조사합니다. Fig. 2c와 같이 Needle tip과 Collector 사이의 거리를 10cm로 고정하였을 때 Metallic cone의 크기가 작아짐에 따라 증착면적의 직경이 감소하였다. 이 현상은 아마도 금속 콘 크기가 감소함에 따라 정전기장이 더 좁은 범위[26, 27]로 제한되고, 따라서 e-spinning에서 휘핑 프로세스가 더 제한되어 더 작은 증착 영역으로 이어지기 때문일 수 있습니다. . 또한 e-spinning distance와 증착 면적의 관계도 연구하였다(Fig. 2d). 추가 파일 1:표 S1은 전자 방사 거리가 증가함에 따라 세 가지 다른 전자 방사 방법의 증착 폭을 나타냅니다. 콘크리트 용착은 e-spinning 거리가 증가함에 따라 용적 면적이 증가하는 것으로 나타났으며 이는 전통적인 e-spinning 결과와 일치합니다. 그러나 전통적인 전자 방사와 비교할 때 금속 원뿔을 사용한 전기장 수정 전자 방사는 더 작은 증착 영역, 즉 더 나은 방향성 증착을 가져옵니다. 최근에 보고된 기류 보조 전자 방사와 비교하더라도 이 전기장 수정 전자 방사는 더 나은 지향성 증착을 나타냅니다. 그림 2c, d와 같이 e-spinning 거리와 금속 콘의 측면 길이를 조정하면 전기장을 집중시킬 수 있고 더 강한 수렴력을 얻을 수 있습니다. 복부의 피부나 근육과 같은 일부 가까운 부분이 비행 제트를 끌어당기는 힘을 생성할 수 있지만, 우리는 이 두 매개변수를 조정하여 더 강한 수렴력을 생성하여 인력으로 인한 이러한 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다. 또한 기류 보조 전자방사는 공기 펌프에 추가 전원 공급이 필요하며, 이 필드 수정 전자방사는 이를 제거하여 더 많은 편의를 제공합니다.

아 SEM 이미지 및 b 전기장 보조 전자 방사 장치로 얻은 NOCA 섬유의 FTIR 스펙트럼. c 함수로서의 증착 영역 크기 금속 원뿔 직경 및 d 전자 회전 거리

정밀 증착의 메커니즘 분석

금속 콘이 장착된 이 전자 방사 장치가 더 작은 증착 면적을 가져올 수 있는 이유를 이해하기 위해 전기장 시뮬레이션을 추가로 수행했습니다. 그림 3은 금속 원뿔이 장착된 모델과 장착되지 않은 전자방사 모델의 전계 분포를 보여줍니다. 빨간색 화살표는 전기력선을 나타내며 방향과 길이는 각각 이 지점에서 전기장의 방향과 강도를 나타냅니다. 전통적인 e-방적은 금속 원뿔이 없는 것(그림 3a)이고, 우리의 전기장 수정 e-방사는 금속 원뿔이 있는 것입니다(그림 3b). 그림 3과 같이 바늘에서 집전판 방향으로 전위(칼라바)가 현저히 감소하여 집전판에 양전하를 띤 섬유가 집성될 수 있다. 더 흥미롭게도 그림 3a와 b를 비교하면 그림 3b에서 더 강한 전계 강도와 더 작은 전계 방향 발산각이 관찰되었으며 이러한 현상은 금속 원뿔 근처에 있을 때 더 분명합니다. 전기장 변화에 대한 그것의 효과는 볼록 렌즈에 의한 빛에 대한 수렴 효과처럼 작용합니다. 전기력선은 수렴하므로 전기장 방향의 발산각이 더 작아집니다. 또한, 이러한 수렴과 전기장의 중첩 원리로 인해 동일한 위치에서 전계 강도도 커집니다. 삽입된 부분은 확대하여 동일한 영역에서 선택한 대표적인 전기장선입니다. 전계 강도는 4 × 10 ⁵ 입니다. 그림 3b 삽입의 V/m, 3 × 10 ⁵ 보다 큽니다. 그림 3a의 삽입된 V/m은 금속 원뿔을 추가한 후 공간에서 더 큰 전계 강도가 발생함을 나타냅니다. 그리고 전기장 방향의 발산각은 그림 3b 삽입에서 6°이며, 이는 그림 3a 삽입에서 20°보다 작습니다. 이러한 결과는 더 작은 증착 면적을 가져오는 금속 콘이 장착된 이 전기장 변형 전자 방사가 더 강한 전계 강도와 더 작은 발산각에 기인할 수 있음을 의미하며, 이는 더 좁은 공간에서 비행하는 양전하 섬유를 수축하여 더 작은 지역으로의 퇴적.

a 장착된 e-spinning 모델의 전기장 분포 및 b 없이 금속 콘으로. 삽입은 동일한 영역의 확대된 이미지이며 필드 라인과 수직 방향 사이의 각도를 보여줍니다.

체내 신속 지혈 및 분석

그림 4a–c는 쥐 간 절제술에서 주요 지혈 과정을 보여줍니다. NOCA 섬유는 기류 보조 전자방사보다 더 빠른 이 전기장 변형 전자방사 기술을 사용하여 10초 이내에 빠르고 효과적인 지혈을 달성했습니다. 이 현상은 그림 2d에서 확인된 기류 보조 전자 방사보다 전기장 수정 전자 방사의 더 나은 방향성 증착에 기인할 수 있습니다. 동일한 전자 회전 시간. 실제로 병원에서 사용하는 NOCA 의료용 접착제는 일반적으로 스프레이 방식을 사용하는 반면[28,29,30], 부착 면적이 상대적으로 커서 조직에 심각한 유착이 발생하여 봉합사 제거 및 2차 피해를 주기도 합니다. 더 나은 방향성 침착은 더 빠른 지혈을 가능하게 할 뿐만 아니라 조직 유착을 방지할 수 있습니다. 그림 4d는 지혈을 위해 간 표면에 침착된 NOCA 섬유의 단면 SEM 이미지를 보여줍니다. NOCA 섬유는 간 단면의 표면에 밀착되어 e-spinning 시간 10초로 두께가 약 50μm인 조밀한 섬유막을 형성하고 있음을 알 수 있다. 이 10초의 짧은 e-spinning 시간 동안 피로로 인한 손떨림에 의한 거리 변화가 보통 1cm 이하로 작아 증착 범위의 변동이 적습니다. 더 흥미롭게도 간 단면의 표면은 매끄럽지 않고 모양이 불규칙한 반면(그림 4c), NOCA 섬유는 균일한 두께로 이 불규칙한 표면에 침착될 수 있으며(그림 4d), 이 전기장 변형 전자가 -방사기법은 장기의 불규칙한 표면에도 빠른 지혈이 가능하다는 독특한 장점이 있습니다.

제자리 전기장 보조 전자 회전을 통한 쥐 간 절제 모델의 지혈. 아 간이 분리되어 간엽이 노출되었습니다. ㄴ 엽은 자유로웠고 간 혈류를 일시적으로 차단하기 위해 외과적 봉합사로 고정되었습니다. ㄷ 간절제술이 이루어졌고 NOCA 의료용 접착제 섬유가 우리의 전기장 보조 전자 방사 장치를 사용하여 상처 부위에 부착되었습니다. d 지혈을 위해 간 표면에 침착된 NOCA 의료용 접착제 섬유의 단면 SEM 이미지

WBC 수 검사(그림 5a)는 쥐의 간절제술과 지혈로 인한 수술 후 감염을 평가하는 데 사용되었습니다. 수술 5일 후, 백혈구 수(P <0.05) 전기장 수정 전자방사 그룹에서 기존 분무 그룹 및 기류 보조 그룹보다 유의하게 낮았습니다(P <0.01). 또한, 전기장 변형 e-spinning 그룹에서 5일 후 급성 염증이 정상 상태로 가라앉는 것을 나타내는 가짜 수술 그룹(대조군)에 가까웠습니다. 반면에, 분무 그룹과 기류 보조 그룹의 쥐는 심각한 염증 반응과 느린 퇴행을 보입니다.

혈액 검사. 아 백혈구 수. ㄴ –d 간 기능 효소 검사. ㄴ 알라닌 아미노전이효소(ALT). ㄷ 아스파르테이트 아미노트랜스퍼라제(AST). d 글루타밀트랜스아미나제(GGT)

간 기능은 혈청 ALT(그림 5b), AST(그림 5c) 및 GGT(그림 5d)의 농도로 평가되었습니다. 여기서 ALT와 AST의 농도는 간세포 손상 정도를 민감하게 반영할 수 있다. 높은 농도의 GGT는 간염, 폐쇄성 황달, 담즙 정체 및 기타 증상을 반영할 수 있습니다. 그림 5b-d에서 볼 수 있듯이, 전기장 변형 전자방사군의 수술 5일 후 간 기능 효소 수치는 기본적으로 가짜 그룹(대조군)과 비슷했으며 기존의 것보다 유의하게 낮았습니다. 분무 그룹과 기류 보조 그룹에서 전기장 수정 전자 방적 그룹과 가짜 그룹의 쥐의 생리적 상태가 유사함을 나타냅니다. 그러나 분무 그룹과 기류 보조 그룹의 GGT는 수술 후 5일째에도 여전히 높은 수준을 유지했습니다(P <0.001), 담즙 정체 및 간 손상과 같은 심각한 문제가 있음을 나타냅니다.

지혈 후 간 조직에 대한 병리학적 생검을 추가로 수행하였다. 그림 6a 및 c는 각각 기류 보조 및 전기장 변형 e-스피닝을 사용한 지혈 후 간 병리 단면이고 그림 6b 및 d는 확대된 이미지입니다. 기류 보조 전자 방사 그룹과 비교하여 전기장 수정 전자 방사 그룹의 간 조직 경계는 상대적으로 더 명확하고 더 얇은 캡슐을 가지고 있습니다. 이러한 결과는 간에서의 재생능력이 전기장 변형군에서 더 우수함을 나타낸다. 또한, 캡슐 내에서 더 적은 염증 세포가 관찰되었으며, 이는 전기장 변형 방법으로 제조된 NOCA 섬유막이 더 적은 염증 반응을 유발할 수 있음을 나타냅니다. 이러한 결과는 전기장 수정 방법이 기류 보조 방법보다 더 나은 방향성 침착을 가져 동일한 지혈 효과를 달성하는 데 사용되는 NOCA 의료용 접착제의 양을 줄여 조직 접착을 감소시키고 염증을 유발한다는 사실에 기인할 수 있습니다. 응답. 또한, Fig. 6a, b에서 의료용 접착제가 간 조직에서 분리된 것을 볼 수 있는데, 이는 에어 블로우로 인해 발생할 수 있으며, 이는 airflow-assisted e-spinning을 사용한 이들 사이의 접착력이 간 조직만큼 강하지 않음을 나타냅니다. 전기장 수정 e-spinning.

a에서 관찰된 H 염색을 사용한 조직병리학적 검사 , ㄷ 배율 × 100 및 b , d 배율 × 200. 조직병리학적 검사는 7일째에 두 그룹의 간세포에서 염증 반응과 간 손상을 보여줍니다. 두 그룹은 a , b 기류 보조 그룹 및 c , d 전기장 변형 그룹(파란색 화살표:염증 세포, 빨간색 원:의료용 접착제, 검은색 화살표:충혈 영역의 두께)