Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Miłosz Bergander

Elektrycznie aktywowany wspornik mięśniowy


Electrically actuated muscle supporter (EAMS)


Opiekun pracy dyplomowej: dr hab. inż. Zbigniew Draczyński prof. ucz.
Praca dyplomowa inżynierska obroniona 2022-02-11
Streszczenie pracy dyplomowej:
Celem pracy jest wytworzenie materiału który jak najdokładniej odwzorowuje cechy tkanki mięśniowej. W tym celu stosuje się wiedzę z materiałoznawstwa, anatomii i biofizyki tkanek by sprecyzować warunki pracy wynalazku, jego przeznaczenie zależne od właściwości fizycznych i chemicznych. Opracowany układ z założenia ma być elastyczny, kurczliwy i ma przewodzić prąd elektryczny o małym natężeniu. Po wstępnych konsultacjach mających na celu przegląd dostępnych materiałów i technologii dokonałem wyboru z jakich biopolimerów wykonam folię. Wybrałem Chitozan i Alginian sodu. Folie były pierwszym wymiarem eksperymentalnym. Wykonałem optymalizację pod kątem przewodności prądu elektrycznego. Zróżnicowaliśmy próbki różną ilością grafitu i sprawdziłem jaka minimalna ilość grafitu wprawia polimer w ruch za sprawą odpowiedniej reakcji na bodziec elektrochemiczny bądź elektryczny. Ruch wynalazku musi być przewidywalny lub powtarzalny, to znaczy że przy danym napięciu mamy otrzymać to samo wydłużenie lub skrócenie. Zróżnicowane grafitem próbki z Chitozanu, Alginianu sodu i Chitozanu ze środkiem sieciującym TPP (Trifosforanu pentasodu) potraktowano prądem o małym natężeniu na sucho oraz w warunkach fizjologicznych czyli nasycone roztworem soli fizjologicznej 0,9% w temperaturze 20°C i o odpowiedniej koncentracji tlenu. Dla chitozanu próbka 1 z serii ze stosunkiem chitozanu do grafitu 1:2 oraz próbka 3 z serii ze stosunkiem chitozanu do grafitu 1:2.5 mają trend rosnący co oznacza że im dłużej poddawane są wysycaniu roztworem NaCl, tym ich przewodność się zwiększa. Wszędzie tam gdzie próbki się stabilizują, średni czas owej stabilizacji wynosi ok.30 minut. Dla próbki z serii 3 obserwujemy większą stabilizację wyników niż w przypadku próbki z serii 4. Dla chitozanu sieciowanego TPP próbki 4 z obu serii mają trend rosnący. Dla alginianu sodu próbki 2 z obu serii okazały się najlepsze. Próbka z serii 3 ma trend rosnący a próbka z serii 4 trend malejący z najlepszą stabilizacją z pozostałych próbek. Można wywnioskować że wybrane próbki charakteryzujące się trendem rosnącym przewodności w czasie, byłyby najlepsze pod tym względem do implantacji. Im lepsza przewodność tym lepiej gdyż skurcz mięśnia odbywa się bardzo szybko za sprawą niskooporowych połączeń przez które przekazywany jest sygnał przez neuroprzekaźniki pobudzające. W warunkach naturalnych tkanki są również poddawane różnym naprężeniom. Aby zbadać opracowany układ mechanicznie wylałem próbki o większych wymiarach z podanych biopolimerów i po osuszeniu i namoczeniu w roztworze soli fizjologicznej zbadałem ich wytrzymałość mechaniczną na maszynie serwohydraulicznej INSTRON. Wyniki tego badania ujawniają najlepszy biopolimer pod kątem wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia względnego przy przyłożonej sile. Niezaprzeczalnie próbki z Chitozanu niesieciowanego cechują się największą wytrzymałością i wydłużeniem do 3,8% ich długości co biorąc pod uwagę rozmiary folii nadawałyby się do asystowania naczyniom krwionośnym w odcinku np.: aorty piersiowej lub tętnicy szyjnej wspólnej co stanowi nowatorskie rozwiązanie w dziedzinie chorób układu krążenia.
Abstract:
The aim of the work is to create a material that most accurately reflects the characteristics of muscle tissue. For this purpose, the knowledge of materials science, anatomy and biophysics of tissues is used to specify the working conditions of the invention and its intended use depending on the physical and chemical properties. The invention is intended to be flexible, contractile, and designed to conduct a low current electric signals. After initial consultations aimed at reviewing the available polymers and technologies, I made a selection of the biopolymers from which I would make the film. I chose Chitosan and Sodium Alginate. The films were the first experimental dimension. We have optimized the conductivity of the electric current. We differentiated the samples with different amounts of graphite and checked what the minimum amount of graphite sets the polymer in motion due to the appropriate response to the electrochemical or electrical stimulus. The movement of the invention must be predictable or repeatable, that is, for a given voltage, we are to obtain the same elongation or shortening. Chitosan, sodium alginate and Chitosan samples with TPP crosslinking agent, differentiated with graphite, were treated with a low intensity dry current and under physiological conditions, i.e. soaked in 0.9% saline solution at 20 ° C and with an appropriate oxygen concentration. For chitosan, sample 1 from the series with a 1: 2 ratio of chitosan to graphite and sample 3 from the series with a 1: 2.5 ratio of chitosan to graphite have an upward trend, which means that the longer they are soaked, the greater their conductivity. For the sample from series 3, we observe a greater stabilization of the results than for the sample from series 4. Wherever samples stabilize, the average time of this stabilization is around 30 minutes for every polymer. For the TPP cross-linked chitosan, samples 4 from both series have an upward trend. For sodium alginate, 2 samples from both series turned out to be the best. The sample of series 3 shows an ascending trend and the sample of series 4 has a decreasing trend with the best stabilization of the remaining samples. It can be concluded that selected samples showing an increasing conductivity trend over time would be the best for implantation in this respect. The better the conductivity, the better, because muscle contraction takes place very quickly due to low-resistance connections through which the signal is transmitted by excitatory neurotransmitters. Under natural conditions, tissues are also subjected to various stresses. In order to test the invention mechanically, I poured larger size samples from the given biopolymers and, after drying and soaking in a saline solution, I tested their mechanical strength on an INSTRON servo-hydraulic machine. The results of this test reveal the best biopolymer in terms of tensile strength and elongation under applied force. Undeniably, samples of non-cross-linked chitosan are characterized by the highest strength and elongation up to 3.8% of their length, which, taking into account the size of the foil, would be suitable for assisting blood vessels in the section of e.g. the thoracic aorta or the common carotid artery, which is an innovative solution in the field of cardiovascular diseases.