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अंग आ ऊतकक कें गतिशीलता सं रेडियोथेरेपी कें दौरान एक्स-रे कें स्थिति मे त्रुटि भ सकएयत छै. अतः रेडियोथेरेपी केरऽ अनुकूलन लेली अंगऽ के गति के नकल करै लेली ऊतक-समतुल्य यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुण वाला सामग्री के जरूरत छै । मुदा, एहन सामग्री क विकास एकटा चुनौती बनल अछि। एल्गिनेट हाइड्रोजेल केरऽ गुण बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स केरऽ समान होय ​​छै, जेकरा स॑ ई ऊतक-समतुल्य सामग्री के रूप म॑ आशाजनक होय जाय छै । ई अध्ययन म॑ वांछित यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुण वाला एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम क॑ इन सिटु Ca2+ रिलीज द्वारा संश्लेषित करलऽ गेलऽ छेलै । हवा-आयतन अनुपात क॑ सावधानी स॑ नियंत्रित करी क॑ परिभाषित यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुण वाला हाइड्रोजेल फोम प्राप्त करलऽ गेलऽ छेलै । सामग्री के मैक्रो- आरू माइक्रोमोर्फोलॉजी के विशेषता छेलै, आरू संपीड़न के तहत हाइड्रोजेल फोम के व्यवहार के अध्ययन करलऽ गेलऽ छेलै । रेडियोलॉजिकल गुणऽ के सैद्धांतिक रूप स॑ अनुमान लगाय क॑ कम्प्यूटर्ड टोमोग्राफी के उपयोग करी क॑ प्रयोगात्मक रूप स॑ सत्यापन करलऽ गेलऽ छेलै । ई अध्ययन ऊतक-समतुल्य सामग्री के भविष्य के विकास पर प्रकाश डालै छै जेकरऽ उपयोग रेडियोथेरेपी के दौरान विकिरण खुराक अनुकूलन आरू गुणवत्ता नियंत्रण लेली करलऽ जाब॑ सकै छै ।
विकिरण चिकित्सा कैंसर कें एकटा आम इलाज छै1. अंग आ ऊतकक कें गतिशीलता सं अक्सर विकिरण चिकित्सा2 कें दौरान एक्स-रे कें स्थिति मे त्रुटि भ जायत छै, जेकर परिणामस्वरूप ट्यूमर कें कम उपचार आ आसपास कें स्वस्थ कोशिकाअक कें अनावश्यक विकिरण कें अधिक संपर्क मे आबि सकय छै. ट्यूमर स्थानीयकरण त्रुटि कें कम सं कम करय कें लेल अंग आ ऊतकक कें गति कें भविष्यवाणी करय कें क्षमता बहुत महत्वपूर्ण छै. ई अध्ययन फेफड़ा प॑ केंद्रित छेलै, कैन्हेंकि जब॑ मरीजऽ के रेडिएशन थेरेपी के दौरान सांस लै छै त॑ ओकरा म॑ काफी विकृति आरू गतिविधि होय छै । मानव फेफड़ा के गति के अनुकरण के लेल विभिन्न परिमित तत्व मॉडल विकसित आ लागू कयल गेल अछि3,4,5. लेकिन मानव अंग आरू ऊतकऽ के ज्यामिति जटिल होय छै आरू ई बहुत रोगी प॑ निर्भर होय छै । अतः ऊतक-समतुल्य गुण वाला सामग्री सैद्धांतिक मॉडल कें मान्य करय कें लेल, बेहतर चिकित्सा उपचार कें सुविधा प्रदान करय कें लेल, आ चिकित्सा शिक्षा कें उद्देश्य सं भौतिक मॉडल कें विकास कें लेल बहुत उपयोगी छै.
जटिल बाहरी आ आंतरिक संरचनात्मक ज्यामिति प्राप्त करय कें लेल नरम ऊतक-नकल सामग्री कें विकास सं बहुत ध्यान आकर्षित कैल गेल छै, कियाकि ओकर अंतर्निहित यांत्रिक असंगति लक्षित अनुप्रयोगक मे विफलता कें कारण भ सकय छै6,7. फेफड़ा के ऊतक के जटिल जैव यांत्रिकी के मॉडलिंग, जे अत्यधिक कोमलता, लोच, आरू संरचनात्मक छिद्रता के संयोजन करै छै, मानव फेफड़ा के सही ढंग स॑ प्रजनन करै वाला मॉडल विकसित करै म॑ एगो महत्वपूर्ण चुनौती पैदा करै छै । चिकित्सीय हस्तक्षेपक मे फेफड़ा मॉडल कें प्रभावी प्रदर्शन कें लेल यांत्रिक आ रेडियोलॉजिकल गुणक कें एकीकरण आ मिलान महत्वपूर्ण छै. एडिटिव निर्माण रोगी-विशिष्ट मॉडल विकसित करय मे प्रभावी साबित भेल छै, जे जटिल डिजाइन कें तेजी सं प्रोटोटाइपिंग कें सक्षम बनायत छै. शिन एट अल। 8 न॑ 3D-मुद्रित वायुमार्ग के साथ एक पुन: प्रजनन योग्य, विरूपण योग्य फेफड़ा मॉडल विकसित करलकै । हसेलर एट अल। 9 न॑ रेडियोथेरेपी लेली छवि गुणवत्ता आकलन आरू स्थिति सत्यापन विधियऽ लेली वास्तविक मरीजऽ स॑ बहुत मिलै वाला प्रेत विकसित करलकै । हांग एट अल10 न॑ 3D प्रिंटिंग आरू सिलिकॉन कास्टिंग तकनीक के उपयोग करी क॑ छाती के सीटी मॉडल विकसित करलकै जेकरा स॑ विभिन्न फेफड़ा के घावऽ के सीटी तीव्रता क॑ पुनरुत्पादन करी क॑ मात्रा निर्धारण के सटीकता के मूल्यांकन करलऽ गेलै । मुदा, ई प्रोटोटाइप प्रायः एहन सामग्री सं बनल होइत अछि जकर प्रभावी गुण फेफड़ाक ऊतक सं बहुत भिन्न होइत अछि11.
वर्तमान मे, अधिकांश फेफड़ाक प्रेत सिलिकॉन या पॉलीयुरेथेन फोम सं बनल छै, जे वास्तविक फेफड़ा कें पैरेन्काइमा कें यांत्रिक आ रेडियोलॉजिकल गुणक सं मेल नहि खायत छै.12,13 एल्गिनेट हाइड्रोजेल जैव संगत छै आ ओकर ट्यूनेबल यांत्रिक गुणक कें कारण ऊतक इंजीनियरिंग मे व्यापक रूप सं उपयोग कैल गेल छै.14 तथापि, एकटा प्रेत कें लेल आवश्यक अल्ट्रा-सॉफ्ट, फोम जैना स्थिरता कें पुनरुत्पादन करनाय जे फेफड़ा के ऊतक के लोच आरू भरना संरचना के सटीक नकल करै छै, एक प्रयोगात्मक चुनौती बनलऽ छै ।
एहि अध्ययन मे ई मानल गेल छल जे फेफड़ाक ऊतक एकटा सजातीय लोचदार सामग्री अछि । मानव फेफड़ा के ऊतक (\(\:\rho\:\)) के घनत्व 1.06 ग्राम/सेमी3, आ फुलाएल फेफड़ा के घनत्व 0.26 ग्राम/सेमी315 बताओल गेल अछि । विभिन्न प्रयोगात्मक विधि के उपयोग करी क॑ फेफड़ा के ऊतक केरऽ यंग केरऽ मापांक (MY) मान केरऽ एगो विस्तृत श्रृंखला प्राप्त करलऽ गेलऽ छै । लाई-फूक एट अल। 16 न॑ एक समान महंगाई के साथ मानव फेफड़ा केरऽ वाईएम क॑ 0.42–6.72 किलोपास्कल के रूप म॑ मापलकै । गोस एट अल। 17 न॑ मैग्नेटिक रेजोनेंस इलास्टोग्राफी के प्रयोग करलकै आरू 2.17 किलोपास्कल के वाईएम के रिपोर्ट करलकै । लियू एट अल। 18 न॑ 0.03-57.2 किलोपास्कल केरऽ सीधा मापलऽ गेलऽ वाईएम केरऽ रिपोर्ट करलकै । इलेग्बुसी एट अल। 19 न॑ चयनित मरीजऽ स॑ प्राप्त 4D सीटी डाटा के आधार प॑ वाईएम क॑ 0.1–2.7 किलोपास्कल के अनुमान लगैलकै ।
फेफड़ा के रेडियोलॉजिकल गुण के लेलऽ एक्स-रे के साथ फेफड़ा के ऊतक के अंतःक्रिया व्यवहार के वर्णन करै लेली कई पैरामीटर के प्रयोग करलऽ जाय छै, जेकरा म॑ तत्व संरचना, इलेक्ट्रॉन घनत्व (\(\:{\rho\:}_{e}\)), प्रभावी परमाणु संख्या (\(\:{Z}_{eff}\)), औसत उत्तेजना ऊर्जा (\(\:I\)), द्रव्यमान क्षीणन गुणांक शामिल छै (\(\:\mu\:/\rho\:\)) आरू हाउंसफील्ड इकाई (एचयू), जे सीधे \(\:\mu\:/\rho\:\) स॑ संबंधित छै ।
इलेक्ट्रॉन घनत्व \(\:{\rho\:}_{e}\) क॑ प्रति इकाई आयतन इलेक्ट्रॉन केरऽ संख्या के रूप म॑ परिभाषित करलऽ जाय छै आरू एकरऽ गणना निम्नलिखित छै:
जहाँ \(\:\rho\:\) g/cm3 मे पदार्थ का घनत्व है, \(\:{N}_{A}\) एवोगाड्रो स्थिरांक है, \(\:{w}_{i}\) द्रव्यमान अंश है, \(\:{Z}_{i}\) परमाणु संख्या है, और \(\:{A}_{i}\) i-वें तत्व का परमाणु भार है |
परमाणु संख्या केरऽ सीधा संबंध सामग्री के भीतर विकिरण केरऽ परस्पर क्रिया केरऽ प्रकृति स॑ छै । अनेक तत्व (जैसे, कपड़ा) युक्त यौगिक आरू मिश्रण के ललए, प्रभावी परमाणु संख्या \(\:{Z}_{eff}\) की गणना करना आवश्यक है | सूत्र मूर्ति एट अल द्वारा प्रस्तावित कयल गेल छल। २० मे.
औसत उत्तेजना ऊर्जा \(\:I\) वर्णन करै छै कि लक्ष्य सामग्री भेदक कणऽ के गतिज ऊर्जा क॑ कतेक आसानी स॑ अवशोषित करी लै छै । ई केवल लक्ष्य सामग्री के गुण के वर्णन करै छै आरू एकरऽ कणऽ के गुणऽ स॑ कोनो संबंध नै छै । \(\:I\) केरऽ गणना ब्रैग केरऽ एडिटिविटी नियम लागू करी क॑ करलऽ जाब॑ सकै छै:
द्रव्यमान क्षीणन गुणांक \(\:\mu\:/\rho\:\) लक्ष्य सामग्री म॑ फोटॉन केरऽ पैठ आरू ऊर्जा रिलीज के वर्णन करै छै । एकर गणना निम्नलिखित सूत्रक उपयोग कए कएल जा सकैत अछि : १.
जहाँ \(\:x\) सामग्री की मोटाई है, \(\:{I}_{0}\) आघात प्रकाश तीव्रता है, और \(\:I\) सामग्री में प्रवेश के बाद फोटॉन तीव्रता है | \(\:\mu\:/\rho\:\) डाटा सीधा एनआईएसटी 12621 मानक संदर्भ डाटाबेस सं प्राप्त कैल जा सकय छै. मिश्रण आरू यौगिक के ललए \(\:\mu\:/\rho\:\) मान संयोजकता नियम कक उपयोग करकक निम्नलिखित रूप स े व्युत्पन्न ककयका जा सकका हहै:
एचयू कम्प्यूटर्ड टोमोग्राफी (सीटी) डाटा केरऽ व्याख्या म॑ रेडियोघनत्व केरऽ मापन केरऽ एगो मानकीकृत आयामहीन इकाई छै, जे मापलऽ गेलऽ क्षीणन गुणांक \(\:\mu\:\) स॑ रैखिक रूप स॑ रूपांतरित होय जाय छै । एकर परिभाषा एहि तरहेँ देल गेल अछि : १.
जहाँ \(\:{\mu\:}_{पानी}\) जल का क्षीणन गुणांक है, और \(\:{\mu\:}_{air}\) हवा का क्षीणन गुणांक है | अतः सूत्र (6) स॑ हम्में देखै छियै कि पानी केरऽ HU मान 0 छै, आरू हवा केरऽ HU मान -1000 छै । मानव फेफड़ा के लेल एचयू मान -600 सं -70022 तक अछि.
कईटा ऊतक समकक्ष सामग्री विकसित कैल गेल अछि। ग्रिफिथ एट अल। 23 न॑ पॉलीयुरेथेन (PU) स॑ बनलऽ मानव धड़ केरऽ ऊतक समकक्ष मॉडल विकसित करलकै जेकरा म॑ कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO3) केरऽ विभिन्न सांद्रता मिला क॑ मानव फेफड़ा सहित विभिन्न मानव अंगऽ के रैखिक क्षीणन गुणांक के अनुकरण करलऽ गेलै, आरू मॉडल के नाम ग्रिफिथ रखलऽ गेलै । टेलर24 न॑ लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लैबोरेटरी (एलएलएनएल) द्वारा विकसित एगो दोसरऽ फेफड़ा के ऊतक समकक्ष मॉडल पेश करलकै, जेकरऽ नाम एलएलएल1 रखलऽ गेलै । Traub et al.25 न॑ Foamex XRS-272 के उपयोग करी क॑ एगो नया फेफड़ा के ऊतक विकल्प विकसित करलकै जेकरा म॑ 5.25% CaCO3 प्रदर्शन बढ़ाबै वाला के रूप म॑ छेलै, जेकरऽ नाम ALT2 रखलऽ गेलै । तालिका 1 आरू 2 \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) आरू मानव फेफड़ा (ICRU-44) आरू उपरोक्त ऊतक समकक्ष मॉडल के ललए द्रव्यमान क्षीणन गुणांक के तुलना दर्शाता छै.
प्राप्त उत्कृष्ट रेडियोलॉजिकल गुण के बावजूद लगभग सब फैंटम सामग्री पॉलीस्टायरीन फोम स॑ बनलऽ छै, जेकरऽ मतलब छै कि ई सामग्री के यांत्रिक गुण मानव फेफड़ा के पास नै पहुँची सकै छै । पॉलीयुरेथेन फोम केरऽ यंग मापांक (YM) लगभग ५०० किलोपास्कल छै, जे सामान्य मानव फेफड़ा (लगभग ५-१० किलोपास्कल) के तुलना म॑ आदर्श स॑ बहुत दूर छै । अतः एकटा नव सामग्री विकसित करब आवश्यक अछि जे वास्तविक मानव फेफड़ा के यांत्रिक आ रेडियोलॉजिकल विशेषता के पूरा क सकय ।
टिश्यू इंजीनियरिंग मे हाइड्रोजेल कें व्यापक रूप सं उपयोग कैल जायत छै. एकरऽ संरचना आरू गुण बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स (ECM) के समान होय ​​छै आरू आसानी स॑ समायोज्य होय छै । ई अध्ययन म॑ फोम तैयार करै लेली जैव सामग्री के रूप म॑ शुद्ध सोडियम एल्गिनेट क॑ चुनलऽ गेलऽ छेलै । एल्गिनेट हाइड्रोजेल जैव संगत छै आरू एकरऽ समायोज्य यांत्रिक गुणऽ के कारण ऊतक इंजीनियरिंग म॑ व्यापक रूप स॑ प्रयोग करलऽ जाय छै । सोडियम एल्गिनेट (C6H7NaO6)n केरऽ तत्व संरचना आरू Ca2+ केरऽ उपस्थिति एकरऽ रेडियोलॉजिकल गुणऽ क॑ जरूरत के अनुसार समायोजित करै के अनुमति दै छै । समायोज्य यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुणऽ के ई संयोजन एल्गिनेट हाइड्रोजेल क॑ हमरऽ अध्ययन लेली आदर्श बनाबै छै । बेशक, एल्गिनेट हाइड्रोजेल केरऽ भी सीमा छै, खास करी क॑ नकली श्वसन चक्र के दौरान दीर्घकालिक स्थिरता के मामला म॑ । अइ कें लेल इ सीमाक कें दूर करय कें लेल भविष्य कें अध्ययनक मे आगू सुधार कें जरूरत छै आ अपेक्षित छै.
ई काम म॑ हमन॑ एगो एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम सामग्री विकसित करलकै जेकरऽ नियंत्रणीय आरओ मान, लोच, आरू रेडियोलॉजिकल गुण मानव फेफड़ा के ऊतक के समान छेलै । ई अध्ययन ट्यूनेबल लोचदार आरू रेडियोलॉजिकल गुण वाला ऊतक जैसनऽ फैंटम के निर्माण लेली एगो सामान्य समाधान प्रदान करतै । भौतिक गुणक कें आसानी सं कोनों मानव ऊतक आ अंग कें अनुरूप बनायल जा सकय छै.
हाइड्रोजेल फोम केरऽ लक्ष्य हवा आरू आयतन अनुपात के गणना मानव फेफड़ा केरऽ एचयू रेंज (-600 स॑ -700) के आधार प॑ करलऽ गेलऽ छेलै । ई मानलऽ गेलऽ छेलै कि ई फोम हवा आरू सिंथेटिक एल्गिनेट हाइड्रोजेल केरऽ साधारण मिश्रण छेकै । अलग-अलग तत्व \(\:\mu\:/\rho\:\) केरऽ सरल जोड़ नियम के उपयोग करी क॑ हवा केरऽ आयतन अंश आरू संश्लेषित एल्गिनेट हाइड्रोजेल केरऽ आयतन अनुपात के गणना करलऽ जाब॑ सकै छेलै ।
एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम सिग्मा-एल्ड्रिच कंपनी, सेंट लुइस, एमओ स॑ खरीदलऽ गेलऽ सोडियम एल्गिनेट (भाग संख्या W201502), CaCO3 (भाग संख्या 795445, मेगावाट: 100.09), आरू जीडीएल (भाग संख्या G4750, मेगावाट: 178.14) के उपयोग करी क॑ तैयार करलऽ गेलऽ छेलै । 70% सोडियम लॉरिल ईथर सल्फेट (SLES 70) रिकॉन्ड ट्रेडिंग एलएलसी स खरीदल गेल छल। फोम तैयार करय के प्रक्रिया मे विआयनीकृत जल के उपयोग कैल गेल छल. सोडियम एल्गिनेट क॑ कमरा केरऽ तापमान प॑ विआयनीकृत पानी म॑ लगातार हलचल (600 आरपीएम) के साथ घोललऽ गेलऽ छेलै जब॑ तलक कि एक सजातीय पीला पारभासी घोल नै मिल॑ गेलऽ छेलै । जीडीएल के साथ संयोजन म॑ CaCO3 क॑ जेलेशन शुरू करै लेली Ca2+ स्रोत के रूप म॑ प्रयोग करलऽ गेलऽ छेलै । हाइड्रोजेल के अंदर झरझरा संरचना बनाबै लेली एसएलएस 70 के उपयोग सरफैक्टेंट के रूप म॑ करलऽ गेलऽ छेलै । एल्गिनेट केरऽ सांद्रता 5% आरू Ca2+:-COOH मोलर अनुपात 0.18 प॑ रखलऽ गेलऽ छेलै । फोम तैयारी के दौरान CaCO3:GDL मोलर अनुपात क॑ भी 0.5 प॑ रखलऽ गेलऽ छेलै ताकि तटस्थ पीएच बनलऽ जाय सक॑ । मान 26. एसएलईएस 70 कें आयतन कें हिसाब सं 2% सबटा नमूनाक मे जोडल गेलय. घोल आरू हवा के मिश्रण अनुपात क॑ नियंत्रित करै लेली ढक्कन वाला बीकर के इस्तेमाल करलऽ जाय छेलै । बीकर के कुल आयतन 140 मिलीलीटर छल। सैद्धांतिक गणना परिणाम के आधार पर, मिश्रण के अलग-अलग आयतन (50 मिलीलीटर, 100 मिलीलीटर, 110 मिलीलीटर) क॑ बीकर म॑ मिला क॑ हवा म॑ मिलाबै के काम करलऽ गेलऽ छेलै । 50 मिलीलीटर मिश्रण वाला नमूना क॑ पर्याप्त हवा म॑ मिलै लेली डिजाइन करलऽ गेलऽ छेलै, जबकि अन्य दू नमूना म॑ हवा के आयतन अनुपात क॑ नियंत्रित करलऽ गेलऽ छेलै । सबसें पहिले एसएलईएस 70 क॑ एल्गिनेट घोल म॑ मिलालऽ गेलै आरू इलेक्ट्रिक स्टिरर स॑ तब तलक हिलायलऽ गेलै जब॑ तलक कि पूरा तरह स॑ नै मिल॑ जाय । तखन, CaCO3 निलंबन क॑ मिश्रण म॑ मिला क॑ लगातार हिलाबै के काम करलऽ गेलै जब॑ तलक कि मिश्रण पूरा तरह स॑ नै मिल॑ गेलै, जब॑ ओकरऽ रंग सफेद होय गेलै । अंततः जीडीएल घोल क॑ मिश्रण म॑ मिला क॑ जीलेशन शुरू करलऽ गेलै, आरू पूरा प्रक्रिया म॑ यांत्रिक हलचल कायम रखलऽ गेलै । 50 मिलीलीटर मिश्रण वाला नमूना के लेलऽ यांत्रिक हलचल बंद करलऽ गेलऽ छेलै जब॑ मिश्रण केरऽ आयतन म॑ बदलाव बंद होय गेलऽ छेलै । 100 मिलीलीटर आ 110 मिलीलीटर मिश्रण वाला नमूनाक कें लेल, जखन मिश्रण बीकर मे भर गेलय तखन यांत्रिक हलचल बंद कैल गेलय. हम 50 मिलीलीटर सं 100 मिलीलीटर के बीच आयतन वाला हाइड्रोजेल फोम तैयार करय के कोशिश सेहो केलहुं. लेकिन फोम केरऽ संरचनात्मक अस्थिरता देखलऽ गेलै, कैन्हेंकि ई पूर्ण हवा मिश्रण केरऽ स्थिति आरू हवा केरऽ आयतन नियंत्रण केरऽ स्थिति के बीच उतार-चढ़ाव छेलै, जेकरऽ परिणामस्वरूप आयतन नियंत्रण असंगत होय छेलै । ई अस्थिरता न॑ गणना म॑ अनिश्चितता के प्रवेश करलकै, आरू यही वजह स॑ ई आयतन सीमा क॑ ई अध्ययन म॑ शामिल नै करलऽ गेलै ।
हाइड्रोजेल फोम के घनत्व \(\:\rho\:\) के गणना हाइड्रोजेल फोम नमूना के द्रव्यमान \(\:m\) आरू आयतन \(\:V\) क॑ मापी क॑ करलऽ जाय छै ।
हाइड्रोजेल फोम केरऽ ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपिक इमेज जेइस एक्सियो ऑब्जर्वर ए१ कैमरा के उपयोग करी क॑ प्राप्त करलऽ गेलऽ छेलै । प्राप्त छवि के आधार पर एक निश्चित क्षेत्र म॑ नमूना म॑ छिद्रऽ के संख्या आरू आकार वितरण के गणना करै लेली इमेजजे सॉफ्टवेयर के उपयोग करलऽ गेलऽ छेलै । छिद्रक आकार गोलाकार मानल जाइत अछि ।
एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम केरऽ यांत्रिक गुणऽ के अध्ययन लेली TESTRESOURCES 100 श्रृंखला मशीन के उपयोग करी क॑ एकअक्षीय संपीड़न परीक्षण करलऽ गेलऽ छेलै । नमूना क॑ आयताकार ब्लॉक म॑ काटलऽ गेलै आरू ब्लॉक केरऽ आयाम क॑ नापलऽ गेलै ताकि तनाव आरू तनाव के गणना करलऽ जाय सक॑ । क्रॉसहेड स्पीड 10 मिमी/मिनट पर सेट कएल गेल छल। प्रत्येक नमूना कें लेल तीन नमूनाक कें परीक्षण कैल गेलय आ परिणाम सं औसत आ मानक विचलन कें गणना कैल गेलय. ई अध्ययन एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम केरऽ संपीड़न यांत्रिक गुणऽ प॑ केंद्रित छेलै, कैन्हेंकि फेफड़ा के ऊतक क॑ श्वसन चक्र केरऽ एगो निश्चित चरण म॑ संपीड़न बल के अधीन करलऽ जाय छै । विस्तार निश्चित रूप स॑ बहुत महत्वपूर्ण छै, खास करी क॑ फेफड़ा के ऊतक केरऽ पूरा गतिशील व्यवहार क॑ प्रतिबिंबित करै लेली आरू एकरऽ जांच भविष्य केरऽ अध्ययन म॑ करलऽ जैतै ।
तैयार हाइड्रोजेल फोम के नमूना क॑ सीमेंस सोमैटम ड्राइव ड्यूल-चैनल सीटी स्कैनर प॑ स्कैन करलऽ गेलऽ छेलै । स्कैनिंग पैरामीटर निम्नलिखित रूप स॑ सेट करलऽ गेलऽ छेलै: 40 एमएएस, 120 केवीपी आरू 1 मिमी स्लाइस मोटाई । प्रत्येक नमूना कें 5 क्रॉस-सेक्शन कें एचयू मान कें विश्लेषण करय कें लेल माइक्रोडिकॉम डिकॉम व्यूअर सॉफ्टवेयर कें उपयोग सं प्राप्त डिकॉम फाइल कें विश्लेषण करल गेलय छेलै. सीटी द्वारा प्राप्त एचयू मान के तुलना नमूना के घनत्व के आंकड़ा के आधार पर सैद्धांतिक गणना स॑ करलऽ गेलऽ छेलै ।
ई अध्ययन के उद्देश्य इंजीनियरिंग नरम सामग्री द्वारा व्यक्तिगत अंग मॉडल आरू कृत्रिम जैविक ऊतक के निर्माण म॑ क्रांति लाना छै । यांत्रिक आ रेडियोलॉजिकल गुणक वाला सामग्री कें विकास जे मानव फेफड़ाक कें कामकाजी यांत्रिकी सं मेल खायत छै, लक्षित अनुप्रयोगक कें लेल महत्वपूर्ण छै जेना चिकित्सा प्रशिक्षण, सर्जिकल योजना, आ विकिरण चिकित्सा योजना मे सुधार. चित्र 1A म॑, हमन॑ मानव फेफड़ा मॉडल बनाबै लेली कथित तौर प॑ प्रयोग करलऽ जाय वाला नरम सामग्री के यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुणऽ के बीच विसंगति के प्लॉट करलकै । आइ धरि एहन सामग्री विकसित भेल अछि जे वांछित रेडियोलॉजिकल गुण प्रदर्शित करैत अछि, मुदा ओकर यांत्रिक गुण वांछित आवश्यकता कए पूरा नहि करैत अछि । विरूपण योग्य मानव फेफड़ा मॉडल बनाबै लेली पॉलीयुरेथेन फोम आरू रबर सबसें अधिक उपयोग करलौ जाय वाला सामग्री छै. पॉलीयुरेथेन फोम (यंग केरऽ मापांक, वाईएम) केरऽ यांत्रिक गुण आम तौर प॑ सामान्य मानव फेफड़ा केरऽ ऊतकऽ स॑ १० स॑ १०० गुना अधिक होय छै । जे सामग्री वांछित यांत्रिक आ रेडियोलॉजिकल दुनू गुण प्रदर्शित करै छै, ओकर जानकारी एखन धरि नै छै ।
(A) विभिन्न कोमल सामग्री के गुणों का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व एवं घनत्व, यंग के मापांक एवं रेडियोलॉजिकल गुणों के संदर्भ में मानव फेफड़े से तुलना (एचयू में) | (B) \(\:\mu\:/\rho\:\) एल्गिनेट हाइड्रोजेल के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न 5% की सांद्रता और 0.18 के Ca2+:-COOH मोलर अनुपात के साथ | (C) हाइड्रोजेल फोम मे वायु आयतन अनुपात की सीमा | (D) विभिन्न वायु आयतन अनुपात के साथ एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व |
5% सांद्रता आरू 0.18 के Ca2+:-COOH मोलर अनुपात वाला एल्गिनेट हाइड्रोजेल के तत्व संरचना के गणना करलऽ गेलऽ छेलै, आरू परिणाम तालिका 3 म॑ दिखालऽ गेलऽ छै.पिछला सूत्र (5) म॑ जोड़ऽ के नियम के अनुसार, एल्गिनेट हाइड्रोजेल \(\:\:\mu\:/\rho\:\) के द्रव्यमान क्षीणन गुणांक प्राप्त करलऽ गेलऽ छै जैना कि चित्र 1B म॑ दिखालऽ गेलऽ छै ।
हवा आरू पानी के लेलऽ \(\:\mu\:/\rho\:\) मान सीधा एनआईएसटी 12612 मानक संदर्भ डाटाबेस स॑ प्राप्त करलऽ गेलऽ छेलै । इस प्रकार, चित्र 1C मानव फेफड़ा के लेलऽ -600 आरू -700 के बीच एचयू समकक्ष मान वाला हाइड्रोजेल फोम म॑ गणना करलऽ गेलऽ वायु आयतन अनुपात क॑ दर्शाबै छै । सैद्धांतिक रूप स॑ गणना करलऽ गेलऽ वायु आयतन अनुपात 1 × 10−3 स॑ 2 × 101 मेव ऊर्जा सीमा म॑ 60–70% के भीतर स्थिर छै, जे डाउनस्ट्रीम निर्माण प्रक्रिया म॑ हाइड्रोजेल फोम केरऽ प्रयोग केरऽ अच्छा संभावना के संकेत दै छै ।
चित्र 1D तैयार एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम नमूना कें दर्शा रहल छै. सबटा नमूना कए 12.7 मिमी क किनारे क लंबाई वाला घन मे काटल गेल। परिणाम स॑ पता चललै कि एक सजातीय, तीन आयामी रूप स॑ स्थिर हाइड्रोजेल फोम बनलै । हवा केरऽ आयतन अनुपात केरऽ कोय भी बात नै हुअ॑, हाइड्रोजेल फोम केरऽ रूप म॑ कोनो खास अंतर नै देखलऽ गेलै । हाइड्रोजेल फोम केरऽ आत्मनिर्भर प्रकृति स॑ पता चलै छै कि हाइड्रोजेल के भीतर बनलऽ जाल एतना मजबूत होय छै कि खुद फोम केरऽ वजन क॑ सहारा दै छै । फोम स॑ थोड़ऽ मात्रा म॑ पानी के रिसाव के अलावा ई फोम न॑ कई सप्ताह तलक क्षणिक स्थिरता भी प्रदर्शित करलकै ।
फोम नमूना के द्रव्यमान आरू आयतन क॑ मापी क॑ तैयार हाइड्रोजेल फोम \(\:\rho\:\) के घनत्व के गणना करलऽ गेलऽ छेलै, आरू परिणाम तालिका 4 म॑ दिखालऽ गेलऽ छै.परिणाम हवा के आयतन अनुपात प॑ \(\:\rho\:\) के निर्भरता क॑ दर्शाबै छै. जखन नमूना कें 50 मिलीलीटर मे पर्याप्त हवा मिलाएल जायत छै तखन घनत्व सब सं कम भ जायत छै आ 0.482 ग्राम/सेमी3 भ जायत छै. जेना-जेना मिश्रित हवा केरऽ मात्रा कम होय जाय छै, घनत्व बढ़ी क॑ ०.६८५ ग्राम/सेमी३ होय जाय छै । 50 मिलीलीटर, 100 मिलीलीटर आ 110 मिलीलीटर कें समूहक कें बीच अधिकतम पी मान 0.004 < 0.05 छल, जे परिणामक कें सांख्यिकीय महत्व कें संकेत करय छै.
सैद्धांतिक \(\:\rho\:\) मान केरऽ गणना भी नियंत्रित वायु आयतन अनुपात के उपयोग करी क॑ करलऽ जाय छै । मापलऽ गेलऽ परिणाम बताबै छै कि \(\:\rho\:\) सैद्धांतिक मान स॑ 0.1 g/cm3 छोटऽ छै । ई अंतर क॑ जीलेशन प्रक्रिया के दौरान हाइड्रोजेल म॑ उत्पन्न आंतरिक तनाव स॑ समझैलऽ जाब॑ सकै छै, जेकरा स॑ सूजन होय ​​छै आरू ई तरह \(\:\rho\:\) म॑ कमी ​​आबै छै । एकरऽ आरू पुष्टि चित्र 2 (ए, बी आरू सी) म॑ दिखालऽ गेलऽ सीटी छवि म॑ हाइड्रोजेल फोम के अंदर कुछ अंतराल के अवलोकन स॑ करलऽ गेलै ।
विभिन्न हवा आयतन सामग्री (ए) 50, (बी) 100, आरू (सी) 110. एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम नमूना (डी) 50, (ई) 100, (एफ) 110 म॑ कोशिका संख्या आरू छिद्र आकार वितरण के साथ हाइड्रोजेल फोम के ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियाँ.
चित्र 3 (ए, बी, सी) म॑ अलग-अलग वायु आयतन अनुपात वाला हाइड्रोजेल फोम नमूना केरऽ ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि दिखालऽ गेलऽ छै । परिणाम हाइड्रोजेल फोम केरऽ ऑप्टिकल संरचना क॑ दर्शाबै छै, जेकरा स॑ अलग-अलग व्यास वाला छिद्रऽ के छवि स्पष्ट रूप स॑ दिखालऽ गेलऽ छै । छिद्र संख्या आरू व्यास के वितरण के गणना इमेजजे के उपयोग स॑ करलऽ गेलऽ छेलै । प्रत्येक नमूना के लेल छह छवि लेल गेल छल, प्रत्येक छवि के आकार 1125.27 μm × 843.96 μm छल, आ प्रत्येक नमूना के लेल कुल विश्लेषण क्षेत्रफल 5.7 mm2 छल ।
(A) विभिन्न वायु आयतन अनुपात के साथ एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम के संपीड़न तनाव-तनाव व्यवहार | (B) घातीय फिटिंग। (C) विभिन्न वायु आयतन अनुपात के साथ हाइड्रोजेल फोम के संपीड़न E0 | (D) विभिन्न वायु आयतन अनुपात के साथ एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम के अंतिम संपीड़न तनाव एवं तनाव |
चित्र 3 (D, E, F) स॑ पता चलै छै कि छिद्र आकार वितरण अपेक्षाकृत एकरूप छै, जे दस माइक्रोमीटर स॑ ल॑ क॑ लगभग 500 माइक्रोमीटर तलक छै । छिद्र के आकार मूल रूप स॑ एक समान होय ​​छै, आरू हवा के आयतन घटला के साथ ई कुछ कम होय जाय छै । परीक्षण के आंकड़ा के अनुसार 50 मिलीलीटर के नमूना के औसत छिद्र आकार 192.16 माइक्रोन, माध्य 184.51 माइक्रोन, आरू प्रति इकाई क्षेत्रफल के छिद्र के संख्या 103 छै; 100 मिलीलीटर नमूना के औसत छिद्र आकार 156.62 माइक्रोन, माध्य 151.07 माइक्रोन, आरू प्रति इकाई क्षेत्रफल छिद्र के संख्या 109 छै; 110 मिलीलीटर नमूना केरऽ संगत मान क्रमशः 163.07 माइक्रोन, 150.29 माइक्रोन आरू 115 छै । आंकड़ा बताबै छै कि औसत छिद्र आकार के सांख्यिकीय परिणाम प॑ बड़ऽ छिद्रऽ के अधिक प्रभाव पड़ै छै, आरू माध्य छिद्र आकार छिद्र आकार के परिवर्तन के प्रवृत्ति क॑ बेहतर ढंग स॑ प्रतिबिंबित करी सकै छै । जेना-जेना नमूना केरऽ आयतन ५० मिलीलीटर स॑ बढ़ी क॑ ११० मिलीलीटर होय जाय छै, छिद्रऽ के संख्या भी बढ़ी जाय छै । माध्य छिद्र व्यास आरू छिद्र संख्या के सांख्यिकीय परिणाम क॑ मिला क॑ ई निष्कर्ष निकाललऽ जाब॑ सकै छै कि आयतन बढ़ला के साथ नमूना के भीतर छोटऽ आकार के अधिक छिद्र बन॑ छै ।
यांत्रिक परीक्षण कें आंकड़ा चित्र 4 ए आ 4डी मे दिखायल गेल छै. चित्र 4A म॑ अलग-अलग वायु आयतन अनुपात के साथ तैयार हाइड्रोजेल फोम केरऽ संपीड़न तनाव-तनाव व्यवहार दिखालऽ गेलऽ छै । परिणाम बताबै छै कि सब नमूना म॑ समान गैर-रेखीय तनाव-तनाव व्यवहार छै । प्रत्येक नमूना कें लेल तनाव बढ़ला सं तनाव तेजी सं बढ़य छै. हाइड्रोजेल फोम केरऽ संपीड़न तनाव-तनाव व्यवहार म॑ एक घातीय वक्र फिट करलऽ गेलऽ छेलै । चित्र 4B मे हाइड्रोजेल फोम पर अनुमानित मॉडल के रूप मे घातीय फलन लागू करला के बाद परिणाम दर्शाया गया है |
अलग-अलग वायु आयतन अनुपात वाला हाइड्रोजेल फोम के लेलऽ ओकरऽ संपीड़न मापांक (E0) के भी अध्ययन करलऽ गेलऽ छेलै । हाइड्रोजेल के विश्लेषण के समान, संपीड़न यंग के मापांक के जांच 20% प्रारंभिक तनाव के सीमा में करलऽ गेलऽ छेलै । संपीड़न परीक्षणक कें परिणाम चित्र 4C मे दिखायल गेल छै. चित्र 4C म॑ देलऽ गेलऽ परिणाम स॑ पता चलै छै कि जैन्हऽ-जैन्हऽ हवा के आयतन अनुपात नमूना 50 स॑ नमूना 110 तलक घटै छै, एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम केरऽ संपीड़न यंग मापांक E0 10.86 किलोपास्कल स॑ बढ़ी क॑ 18 किलोपास्कल होय जाय छै ।
तहिना हाइड्रोजेल फोम केरऽ पूरा तनाव-तनाव वक्र के साथ-साथ अंतिम संपीड़न तनाव आरू तनाव मान भी प्राप्त करलऽ गेलऽ छेलै । चित्र 4D मे एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम कें अंतिम संपीड़न तनाव आ तनाव कें दर्शाओल गेल छै. प्रत्येक डाटा बिंदु तीन परीक्षण परिणामक कें औसत छै. परिणाम बताबै छै कि गैस के मात्रा घटला के साथ अंतिम संपीड़न तनाव 9.84 किलोपास्कल स॑ बढ़ी क॑ 17.58 किलोपास्कल होय जाय छै । अंतिम तनाव लगभग 38% पर स्थिर रहैत अछि ।
चित्र 2 (ए, बी, आरू सी) म॑ क्रमशः नमूना 50, 100, आरू 110 के अनुरूप अलग-अलग हवा आयतन अनुपात वाला हाइड्रोजेल फोम के सीटी छवि दिखालऽ गेलऽ छै । छवि सब स॑ पता चलै छै कि बनलऽ हाइड्रोजेल फोम लगभग एकरूप छै । नमूना 100 आरू 110 म॑ थोड़ऽ संख्या म॑ अंतराल देखलऽ गेलऽ छेलै ।ई अंतराल केरऽ निर्माण जीलेशन प्रक्रिया के दौरान हाइड्रोजेल म॑ उत्पन्न आंतरिक तनाव के कारण भी होय सकै छै । हमने प्रत्येक नमूना के 5 क्रॉस सेक्शन के ललए एचयू मानों की गणना की और उन्हें तदनुरूप सैद्धांतिक गणना परिणामों के साथ तालिका 5 में सूचीबद्ध की |
तालिका 5 सं पता चलय छै कि अलग-अलग हवा आयतन अनुपात वाला नमूनाक कें अलग-अलग एचयू मान प्राप्त भेल छै. 50 मिलीलीटर, 100 मिलीलीटर आ 110 मिलीलीटर समूहक कें बीच अधिकतम पी मान 0.004 < 0.05 छल, जे परिणामक कें सांख्यिकीय महत्व कें संकेत करयत छै. परीक्षण करलौ गेलौ तीन नमूना मँ 50 मिलीलीटर के मिश्रण वाला नमूना मँ रेडियोलॉजिकल गुण मानव फेफड़ा के सबसें नजदीक छेलै । तालिका 5 कें अंतिम कॉलम मापल गेल फोम मान \(\:\rho\:\) कें आधार पर सैद्धांतिक गणना द्ववारा प्राप्त परिणाम छै. मापलऽ गेलऽ आंकड़ऽ के तुलना सैद्धांतिक परिणामऽ स॑ करला स॑ ई पता चल॑ सकै छै कि सीटी स्कैनिंग स॑ प्राप्त एचयू मान आम तौर प॑ सैद्धांतिक परिणाम के करीब छै, जे बदला म॑ चित्र १ सी म॑ वायु आयतन अनुपात गणना के परिणाम के पुष्टि करै छै ।
ई अध्ययन के मुख्य उद्देश्य मानव फेफड़ा के तुलना म॑ यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुण वाला सामग्री बनाबै के छै । ई उद्देश्य हाइड्रोजेल आधारित सामग्री के विकास स॑ प्राप्त करलऽ गेलऽ छेलै जेकरऽ अनुरूप ऊतक-समतुल्य यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुण छेलै जे मानव फेफड़ा के यथासंभव करीब होय । सैद्धांतिक गणना के मार्गदर्शन म॑ सोडियम एल्गिनेट घोल, CaCO3, GDL आरू SLES 70 क॑ यांत्रिक रूप स॑ मिलाबै स॑ अलग-अलग वायु आयतन अनुपात वाला हाइड्रोजेल फोम तैयार करलऽ गेलऽ छेलै ।आकृति विज्ञान के विश्लेषण स॑ पता चललै कि एक सजातीय तीन आयामी स्थिर हाइड्रोजेल फोम बनलऽ छेलै । हवा केरऽ आयतन अनुपात म॑ बदलाव करी क॑ फोम केरऽ घनत्व आरू छिद्रता म॑ मर्जी स॑ बदलाव करलऽ जाब॑ सकै छै । हवा के आयतन के मात्रा बढ़ला के साथ छिद्र के आकार में कुछ कमी आबै छै आरू छिद्र के संख्या बढ़ी जाय छै । एल्गिनेट हाइड्रोजेल फोम केरऽ यांत्रिक गुणऽ के विश्लेषण लेली संपीड़न परीक्षण करलऽ गेलऽ छेलै । परिणाम स॑ पता चललै कि संपीड़न परीक्षण स॑ प्राप्त संपीड़न मापांक (E0) मानव फेफड़ा लेली आदर्श सीमा म॑ छै । हवा के आयतन अनुपात घटला पर E0 बढ़ैत अछि । तैयार नमूना के रेडियोलॉजिकल गुण (एचयू) के मान नमूना के सीटी डाटा के आधार पर प्राप्त करलऽ गेलऽ छेलै आरू सैद्धांतिक गणना के परिणाम स॑ तुलना करलऽ गेलऽ छेलै । परिणाम अनुकूल रहल। मापल गेल मान मानव फेफड़ा के एचयू मान के सेहो करीब अछि. परिणाम बताबै छै कि मानव फेफड़ा के गुण के नकल करै वाला यांत्रिक आरू रेडियोलॉजिकल गुण के आदर्श संयोजन के साथ ऊतक के नकल करै वाला हाइड्रोजेल फोम बनाना संभव छै ।
आशाजनक परिणाम के बावजूद, वैश्विक आरू स्थानीय दूनू पैमाना प॑ सैद्धांतिक गणना आरू वास्तविक मानव फेफड़ा स॑ मिललऽ भविष्यवाणी स॑ मेल खाबै लेली हवा के आयतन अनुपात आरू छिद्रता क॑ बेहतर ढंग स॑ नियंत्रित करै लेली वर्तमान निर्माण विधियऽ म॑ सुधार करै के जरूरत छै । वर्तमान अध्ययन संपीड़न यांत्रिकी केरऽ परीक्षण तलक भी सीमित छै, जेकरा स॑ प्रेत केरऽ संभावित अनुप्रयोग क॑ श्वसन चक्र केरऽ संपीड़न चरण म॑ सीमित करी देलऽ जाय छै । भविष्य केरऽ शोध क॑ तन्यता परीक्षण के साथ-साथ गतिशील लोडिंग परिस्थिति म॑ संभावित अनुप्रयोगऽ के आकलन करै लेली सामग्री केरऽ समग्र यांत्रिक स्थिरता के जांच स॑ फायदा मिलतै । ई सीमा के बावजूद ई अध्ययन रेडियोलॉजिकल आरू यांत्रिक गुणऽ क॑ एक ही सामग्री म॑ जोड़ै के पहलऽ सफल प्रयास छेकै जे मानव फेफड़ा के नकल करै छै ।
वर्तमान अध्ययन कें दौरान उत्पन्न आ/अथवा विश्लेषण कैल गेल डाटासेट उचित अनुरोध पर संबंधित लेखक सं उपलब्ध छै. प्रयोग आ डाटासेट दुनू पुन: प्रजनन योग्य अछि।
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