Κατασκευή πρωτότυπου για ιατρικά ράμματα με αντιβακτηριδιακή δράση.

Abstract

Η εν λόγω διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη δημιουργία μη απορροφήσιμων χειρουργικών αντιβακτηριδιακών ραμμάτων, με προσθήκη νανοϋλικών σε πολυμερική μήτρα. Τα υλικά που επιλέχθηκαν είναι το Πολυπροπυλένιο (PP) και το Πολυαμίδιο 12 (PA12) λόγω των ιδιοτήτων και των καλών χαρακτηριστικών χειρισμού που εμφανίζουν. Απώτερος σκοπός της εργασίας είναι να διερευνηθεί η επίδραση που θα επιφέρει στις ιδιότητες του καθαρού PP και καθαρού PA12, η προσθήκη νανοϋλικών που εμφανίζουν αντιβακτηριδιακές ιδιότητες. Τα νανοπρόσθετα υλικά που χρησιμοποιούνται στη παρούσα διπλωματική εργασία είναι νανοσωματίδια χαλκού (Cu), άργυρου (Ag), διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) και αντιβακτηριακό Nanopowder στην πολυμερική μήτρα Πολυπροπυλενίου, ενώ στη πολυμερική μήτρα Πολυαμιδίου 12 πραγματοποιήθηκε ενίσχυση με νανοσωματίδια νιτρικού αργύρου (AgNO3), Πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP), Πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) και Πολυβινυλική Αλκοόλη (PVA). Η προσέγγιση του θέματος γίνεται πειραματικά, ώστε να υπάρχει ποιοτική ανάλυση στη μηχανική συμπεριφορά και την αντιβακτηριδιακή δράση των κατασκευασμένων υλικών. Κατόπιν ποιοτικών ελέγχων και μετρήσεων που αφορούν την αντοχή των ραμμάτων σε εφελκυσμό, επιθυμητό αποτέλεσμα είναι η παραγωγή λεπτών νημάτων με ομοιόμορφη διάμετρο και αντοχή σε όλο το μήκος τους, τα οποία να είναι βιολογικά αδρανή και να δημιουργούν την ελάχιστη δυνατή αντίδραση με τους ιστούς. Βασική προϋπόθεση είναι τα νήματα που θα παραχθούν να ικανοποιούν τις απαραίτητες προδιαγραφές των χειρουργικών ραμμάτων. Αρχικά, μέσω βιβλιογραφικής έρευνας παρατίθεται η ιστορική εξέλιξη των ιατρικών ραμμάτων. Γίνεται γενική επισκόπηση των σύγχρονων, διαθέσιμων υλικών κατασκευής των εμπορικών χειρουργικών ραμμάτων, που αφορά τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές τους. Παράλληλα, επισημαίνονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα, καθώς και οι κατάλληλες εφαρμογές του εκάστοτε υλικού ράμματος. Επίσης, πραγματοποιείται αναλυτική περιγραφή της διαδικασίας κατασκευής των ιατρικών ραμμάτων, από την εξώθηση μέχρι την τελική τους τοποθέτηση στην εμπορική συσκευασία. Στην πορεία, περιγράφονται οι δοκιμές που αφορούν τον ποιοτικό έλεγχο των ιατρικών ραμμάτων και σχετίζονται με την μηχανική τους συμπεριφορά, την κυτταροτοξικότητα και την αντιβακτηριακή τους δράση. Ακολουθεί περιγραφή των βακτηριακών λοιμώξεων χειρουργικής θέσης (SSI) και των παραγόντων που συμβάλλουν στην εμφάνισή τους. Σε αυτό το κεφάλαιο αναλύονται τα χαρακτηριστικά των ιών και των βακτηρίων, καθώς και η μικροβιακή αντοχή που εμφανίζουν στα αντιβιοτικά. Τέλος, γίνεται αναφορά στις εφαρμογές των αντιμικροβιακών πολυμερών και στην κατασκευή χειρουργικών ραμμάτων με αντιβακτηριακή δράση. Στη συνέχεια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, ακολουθεί η πειραματική διαδικασία για την κατασκευή μη απορροφήσιμων ιατρικών ραμμάτων Πολυπροπυλενίου (PP) με αντιβακτηριακή δράση, διατομής 0.20 mm και 0.40 mm και ο έλεγχος τους σε μηχανικές και αντιβακτηριδιακές ιδιότητες. Επιπροσθέτως, πραγματοποιείται έλεγχος στις μηχανικές ιδιότητες δοκιμίων εφελκυσμού, κατασκευασμένων σε ακολουθία με τα διεθνή πρότυπα ASTM D638-02a, καθώς και σε νήματα διαμέτρου 1.75mm των κατασκευασμένων νανοπρόσθετων υλικών. Σκοπός είναι ο πειραματικός προσδιορισμός της αντοχής σε εφελκυσμό των κατασκευασμένων ραμμάτων, νημάτων και δοκιμίων, καθώς και ο ποιοτικός έλεγχος της αντιβακτηριακής τους αποτελεσματικότητας. Συμπερασματικά, μέσω της βιβλιογραφικής μελέτης και της πειραματικής διαδικασίας προκύπτει ότι κυρίως τα ράμματα Πολυπροπυλενίου (PP) αποτελούν ένα σύνηθες υλικό κατασκευής ιατρικών ραμμάτων, καθώς φανερώνουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες, τα οποία υπερτερούν σε σχέση με τα μειονεκτήματά τους. Τέλος, οι εργαστηριακές τιμές της αντοχής των ραμμάτων υπό εφελκυστικό φορτίο φανερώνουν διαφορά σε σχέση με τη βιβλιογραφία, ενώ τα ράμματα δεν εμφάνισαν ικανοποιητικά αποτέλεσμα αντιβακτηριακής δράσης.

This thesis deals with the creation of non-absorbable surgical antibacterial sutures, with the addition of nanomaterials to a polymeric matrix. The materials chosen are Polypropylene (PP) and Polyamide 12 (PA12) due to their properties and good handling characteristics. The ultimate goal of the work is to investigate the effect that the addition of nanomaterials exhibiting antibacterial properties will have on the properties of pure PP and pure PA12. The nanomaterial additives used in this thesis are copper (Cu), silver (Ag), titanium dioxide (TiO2) nanoparticles, and antibacterial Nanopowder in the polymeric matrix of Polypropylene, while Polyamide 12 was reinforced with silver nitrate (AgNO3) nanoparticles, Polyvinylpyrrolidone (PVP), Polyethylene glycol (PEG), and Polyvinyl alcohol (PVA) nanoparticles. The approach to the topic is experimental, in order to provide a qualitative analysis of the mechanical behavior and antibacterial activity of the constructed materials. Following qualitative checks and measurements regarding the tensile strength of the sutures, the desired outcome is the production of thin threads with a uniform diameter and strength throughout their length, which are biologically inert and create the minimum possible reaction with tissues. A fundamental prerequisite is that the threads produced meet the necessary specifications of surgical sutures. Initially, through literature research, the historical evolution of medical sutures is presented. A general overview is given of the modern, available materials used for the construction of commercial surgical sutures, concerning their characteristics and properties. At the same time, the advantages and disadvantages, as well as the appropriate applications of each suture material, are highlighted. Moreover, a detailed description of the process of manufacturing medical sutures is carried out, from extrusion to their final placement in commercial packaging. In the course, tests are described that relate to the quality control of medical sutures and are related to their mechanical behavior, cytotoxicity, and antibacterial activity. A description follows of surgical site infections (SSIs) and the factors contributing to their occurrence. This chapter analyzes the characteristics of viruses and bacteria, as well as the microbial resistance they exhibit to antibiotics. Finally, there is a reference to the applications of antimicrobial polymers and the construction of surgical sutures with antibacterial properties. Following, the experimental procedure for the construction of non-absorbable medical sutures made of Polypropylene (PP) with antibacterial action, of 0.20 mm and 0.40 mm diameter, is described along with their testing for mechanical and antibacterial properties. Additionally, the mechanical properties of tensile tests of the constructed sutures, in accordance with the international standards ASTM D638-02a, as well as of 1.75mm diameter threads of the constructed nanocomposite materials, are tested. The aim is the experimental determination of the tensile strength of the constructed sutures, threads, and tests, as well as the qualitative control of their antibacterial effectiveness. In conclusion, through the literature review and the experimental procedure, it is found that Polypropylene (PP) sutures are a common material for the construction of medical sutures, as they exhibit excellent characteristics and properties that surpass their disadvantages. Finally, the laboratory values of the tensile strength of the sutures under tensile load reveal differences compared to the literature, while the sutures did not demonstrate satisfactory antibacterial activity.