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Diese Erfindung betrifft medizinische
Hydrogelvorrichtungen mit einer verbesserten elastischen Antwort
und Verfahren zur Herstellung solcher medizinischer Vorrichtungen.
Insbesondere betrifft die Erfindung medizinische Vorrichtungen,
die aus polymeren Hydrogelen hergestellt werden, die mit einem Elastizitätsmittel behandelt
werden, welches die Geschwindigkeit und den Grad der Formrückgewinnung
nach einer Deformation der medizinischen Vorrichtung, beispielsweise
zum Einführen
in den Körper,
verbessert.
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Medizinische Vorrichtungen werden
oft dazu verwendet, den Fluß von
Material zu erleichtern, beispielsweise in einem Ureterstent, den
man zum Ablassen von Urin aus der Niere zur Blase verwendet oder
in einem Gefäßtransplantat,
das man zum Aufrechterhalten des Blutflusses einsetzt. Typischerweise
wurden diese medizinischen Vorrichtungen aus härtbaren, nicht-biologisch abbaubaren
Materialien, wie Metallen, Polyurethanen und Polyacrylaten hergestellt.
Diese nicht-biologisch
abbaubaren, nicht-auflösbaren
medizinischen Vorrichtungen mußten
typischerweise durch ein invasives Verfahren entfernt werden, nachdem
sie ihren Zweck erfüllten,
da sie sonst auf unbestimmte Zeit im Körper verbleiben würden. Bei
solchen Vorrichtungen, die in vivo verbleiben, gibt es oft medizinische
Komplikationen, wie Entzündung
und andere Reaktionen auf Fremdkörper.
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In neuerer Zeit sind Vorrichtungen
auch aus biologisch abbaubaren Materialien, wie Polyestern, Polyanhydriden
und Polyorthoestern hergestellt worden. In
US 5 085 629 ist die Verwendung eines
biologisch abbaubaren Polyester-Terpolymers aus Lactid, Glycolid
und epsilon-Caprolacton in einem Ureterstent offenbart. In diesem
Patent wird biologisch abbaubar so definiert, daß es hydrolytische Instabilität beinhaltet.
Diese Polymere unterliegen einer hydrolytischen Kettenspaltung in
der Gegenwart von Wasser unter Bildung von niedermolekulargewichtigen
wasserlöslichen
Spezies. Von den Polyestern wird gesagt, daß sie einer Hydrolyse über die
Dicke der Vorrichtung hinweg (homogene Hydrolyse) unterliegen, während von
den Polyanhydriden und Polyorthoestern gesagt wird, daß diese
ausgehend von der Oberfläche
hydrolysieren (heterogene Hydrolyse). Es gibt einige Probleme, die
medizinischen Vorrichtungen innewohnen, die mit Hilfe solcher biologisch abbaubarer
Materialien hergestellt wurden. Es kommt zu einem erheblichen Festigkeitsverlust
in der Vorrichtung vor irgendeinem signifikanten Gewichtsverlust.
Diese Vorrichtungen können
in große
Stücke
zerfallen, welche das Gefäß verstopfen,
in das sie eingeführt
wurden, mit möglicherweise
katastrophalen Folgen für
den Patienten. Biologisch abbaubare Vorrichtungen, die der Oberflächenhydrolyse
unterliegen, können
schließlich den
Zustand einer dünnen
Haut erreichen, was ebenfalls zum Gefäßverschluß führen kann. Es hat sich auch erwiesen,
daß halbkristalline
biologisch abbaubare Materialien unlösliche kristalline Reste im
Körper
für sehr lange
Zeiträume
zurücklassen.
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Polysaccharid-Metallsalzsysteme hat
man viele Jahre in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt. In EP-A2-0
507 604 wird ein ionisch vernetztes carboxylhaltiges Polysaccharid
zur Verhinderung der Adhäsion nach
einer Operation eingesetzt. Das ionische vernetzte Polysaccharid
dieser Veröffentlichung
wird in vivo zurückgelassen.
Ein Versuch zum Auflösen
des Materials wird nicht unternommen.
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Hydrogele haben eine breite Verwendung
bei biomedizinischen Anwendungen gefunden. Die US-Patente 4 941
870, 4 286 341 und 4 878 907 offenbaren die Verwendung eines Hydrogels
als Beschichtung auf einer elastomeren Basis in einer vaskulären (Gefäß-)Prothese.
Dieses Hydrogel verbleibt in vivo. Kocavara et al. (J. Biomed. Mater.
Res., Bd. 1, 1967, S. 325–336)
berichten die Verwendung einer Anastomose-Ureterprothese, die aus
einem mit Polyesterfasern verstärken
Poly(hydroxyethylmethacrylat)-Hydrogel hergestellt wurde. Diese
Prothese wurde so entworfen, daß man
sie in vivo zurücklassen
kann.
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Die US-Patente 4 997 443 und 4 902
295 offenbaren die Herstellung eines transplantierbaren künstlichen
Pankreasgewebes aus einem Alginsäuregel-Vorläufer, einem
Matrixmonomer und Pankreaszellen mit Ca2+-Ionen
und einem Polymerisationskatalysator für das Matrixmonomer. Die Calcium-Alginsäure wird
eingesetzt, um der Mischung mechanische Integrität zu verleihen, während das
Matrixmonomer polymerisiert wird, wonach man die Calcium-Alginsäure mit
Citrat auf dem Wege der Calciumchelatbildung entfernt, was eine
poröse
Matrix zurückläßt. Diese
Verwendung des Chelats zum Auflösen
der Calcium-Alginsäure
findet in vitro statt. Die Calcium-Alginsäure fungiert als Behandlungshilfsstoff,
nicht als Strukturglied in der schließlich erhaltenen künstlichen
Gewebevorrichtung.
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Man hat Polysaccharid-Metallsalzhydrogele
auch zur Herstellung winziger Gelkapseln verwendet, die pankreatitische
Langerhans-Inselzellen zur Herstellung von Insulin enthalten. Angestellte
des Veterans Administration Wadsworth Medical center haben nachgewiesen,
daß diese
Kapseln effektiv das Insulinniveau in diabetischen Hunden zwei Jahre
lang kontrollieren (Scientific American, Juni 1992, S. 18–22). Diese
Kapseln verbleiben in vivo.
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US
5 057 606 offenbart ein Verfahren und einen Gegenstand,
die bei der Herstellung von Polysaccharidhydrogelen von Nutzen sind.
Diese geschäumten
und nicht-geschäumten
gelierten Gegenstände
werden hergestellt, indem man eine erste Komponente, die eine Suspension
eines wasserunlöslichen
zwei- oder dreiwertigen Metallsalzes in einer wäßrigen Lösung eines Polysaccharids umfaßt, mit
einer zweiten Komponente mischt, die eine wäßrige Lösung einer wasserlöslichen
Säure umfaßt, und
gegebenenfalls ein wasserlösliches Polysaccharid
hinzufügt.
Diese Gele verbleiben in vivo.
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EP-A1-0 645 150 beschreibt medizinische
Hydrogelvorrichtungen, welche die bei den zuvor diskutierten Materialien
auftretenden Probleme beseitigen. Um die Auflösung zu erleichtern, macht
man sich nicht die hydrolytische Instabilität zu Nutzen. Die Vorrichtungen
werden nach Bedarf über
die Anwendung eines Mittels auflöst,
das die Wirkung aufweist, ionische vernetzende Spezies zu entfernen,
welche ihrer Natur nach anionisch (mono oder poly) oder kationisch
(mono oder poly) sein können, über Bindungs- oder Austauschmechanismen.
Die ausgelöste
Auflösung
("disintegration", Zersetzung) (das
Zerbrechen der Vorrichtung in kleine Teilchen und wasserlösliche Komponenten)
eliminiert die zeitliche Unsicherheit, die man bei biologisch erodierbaren
Materialien von einem Patient zum nächsten beobachtet. Verfahren
zur ausgelösten
Auflösung
umfassen das Verabreichen oder die ausgelöste Freisetzung des Auflösemittels über die
Nahrung, das Verabreichen des Mittels direkt auf die Vorrichtung
in einer wäßrigen Lösung, das
Einkapseln des Mittels in der Vorrichtung, die parenterale Zuführung und
ein Klistier. Die Auflösung
findet ohne signifikantes Quellen der Vorrichtung statt.
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Die US-Patente 3 608 057 und 4 808
182 beschreiben Verfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen und
intraokularen Linsen. Diese Verfahren setzen einen Weichmacher oder
eine hyperosmotische Lösung
zur Behandlung einer Linse ein, die aus einer polymeren oder Hydrogelzusammensetzung
hergestellt wurde, was zu einer substantiellen Entwässerung
der Zusammensetzung führt.
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Hydrogele zeichnen sich durch ihre
biologische Verträglichkeit
aus und zeigen erwiesenermaßen
eine verringerte Neigung zum Induzieren von Thrombose, Verkrustungen
und Entzündungen.
Als Ergebnis ihres hohen Wassergehalts leiden Hydrogele bedauerlicherweise
typischerweise an einer schlechten Festigkeit und geringen Steife.
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Ionisch vernetzte Hydrogele, z. B.
Polysaccharidgele, wie Alginatgele können sehr elastisch und gummiartig
in ihrer Beschaffenheit sein. Man kann starke und steife Hydrogele
herstellen, indem man die Vernetzungsdichte und die Konzentrationen
des Polymers (z. B. des Polysaccharids) im Gel erhöht. Wenn
man jedoch die Vernetzungsdichte und Polymerkonzentration zur Verbesserung
der Festigkeit erhöht,
opfert man die elastische Beschaffenheit des Gels. Zusätzlich zum
Verlust der Elastizität
werden die Gele typischerweise stärker träge (d.h. die Geschwindigkeit
ihrer elastischen Antwort verringert sich).
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Das träge Antwort ist speziell bei
Temperaturen um und unterhalb Raumtemperatur bemerkbar, der Temperatur,
der eine medizinische Vorrichtung üblicherweise bei der Handhabung
außerhalb
des Körpers
ausgesetzt ist. In einer medizinischen Vorrichtung, die ein Formgedächtnis erfordert,
beispielsweise einem doppeltem Pigtail-Ureterstent, wird ein starkes
Alginatgel eine sehr langsame und oft unvollständige Rückbildung des Pigtails zeigen.
Daher kann die Verwendung von Hydrogelen auf Saccharidbasis in medizinischen
Vorrichtungen durch Festigkeits- und Formrückbildungseigenschaften beschränkt sein.
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Glycerin, Sorbit, 1,2-Propandiol,
2-Propanol, Ascorbinsäure,
Hexamethylenglykol, Harnstoff und Triethanolamin sind wohlbekannte
Weichmacher für
trockene Polysaccharidfolien/filme und -fasern. Diese Trockenfolienweichmacher
machen Trockenfolien/filme und -fasern zäher und erhöhen ihrer Bruchdehnung. Technisch
benötigt
wird jedoch ein wirksamer Weg, die Geschwindigkeit und den Grad
der Rückbildung
von Hydrogelen zu erhöhen,
ohne wesentliche(n) Auflösung,
Abbau oder Dehydratisierung der Hydrogelzusammensetzung.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist
es, Mittel zum Erhöhen
der Geschwindigkeit und des Grads der Formrückbildung in Hydrogelen, insbesondere
Polysaccharidhydrogelen, die bei der Erzeugung medizinischer Vorrichtungen
verwendet werden, bereitzustellen. Eine im wesentlichen schnelle
und vollständige
elastische Antwort ("response") nach der Deformation
gestattet eine zupackendere Handhabung vom Arzt beim Einführen. Wo
eine Deformation der Vorrichtung vor dem Einführen in den Körper erforderlich
ist, erleichtert die vorliegende Erfindung im wesentlichen eine
vollständige
und schnelle Formrückbildung
der Vorrichtung nach dem Einführen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, ein Verfahren zur zweckmäßigen Herstellung
einer medizinischen Hydrogelvorrichtung mit einer wünschenswerten
Mischung an Eigenschaften, z. B. Festigkeit und elastische Antwort
bei der Deformation zu erreichen.
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Diese und andere Aufgaben werden
durch eine erfindungsgemäße medizinische
Vorrichtung gelöst, die
einen geformten, elastisch deformierbaren Abschnitt (d.h. einen
Teil der Vorrichtung oder die vollständige Vorrichtung) umfaßt, der
aus einer Hydrogelzusammensetzung hergestellt wird, die ein Polymer
umfaßt,
wobei der elastisch deformierbare Abschnitt nach dem Formen einer
Lösung
ausgesetzt wird, die ein Elastizitätsmittel in einer Menge umfaßt, welche
ausreicht die elastische Antwort ohne wesentliche(n) Auflösung, Abbau
oder Dehydratisierung der Hydrogelzusammensetzung zu fördern. Die
Behandlung der Hydrogelzusammensetzung mit dem Elastizitätsmittel
verursacht keine Entwässerung
(Dehydratisierung) in einer Weise, daß es zu einem signifikanten
Abschwellen oder einer Größenverringerung
käme.
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Vorzugsweise ist die das Elastizitätsmittel
enthaltende Lösung
wäßrig. Eine
bevorzugte Konzentration dieses Elastizitätsmittels ist mehr als 0,5
Gew.-% der Lösung,
stärker
bevorzugt 1 bis 50 Gew.-% der Lösung.
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Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen medizinischen Vorrichtung gerichtet.
Somit betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung
einer medizinischen Vorrichtung mit einer verbesserten elastischen
Antwort, welches umfaßt:
das Herstellen einer elastisch deformierbaren Hydrogelzusammensetzung,
die ein Polymer umfaßt;
das Formen der Hydrogelzusammensetzung; und das Aussetzen der geformten
Hydrogelzusammensetzung gegenüber
einer Lösung,
die ein Elastizitätsmittel
in einer Menge umfaßt,
die ausreicht, die elastische Antwort ohne wesentliche(n) Auflösung, Abbau
oder Dehydratisierung der Hydrogelzusammensetzung zu fördern.
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Die Hydrogelzusammensetzung umfaßt vorzugsweise
ein ionisch oder kovalent vernetztes Polymer, stärker bevorzugt ein ionisch
vernetztes Polysaccharid, wie ein Alginatgel. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, verbessert man die elastische Antwort eines ionisch
vernetzten polymeren Hydrogels, beispielsweise einer aus einem starken
Alginatgel hergestellten medizinischen Vorrichtung, indem man ein
oder mehrere Elastizitätsmittel,
die ionisch oder nichtionisch sein können, zu der das Gel umgebenden
Umgebung, die vorzugsweise wäßrig ist,
gibt.
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Ein beispielhaftes ionisches Elastizitätsmittel
enthält
eine oder mehrere Ionen, die man unter Natrium, Kalium, Magnesium,
Silber, Ammonium und Lithium auswählt. Bevorzugte ionische Elastizitätsmittel
umfassen einwertige Kationen, wie Natrium oder Kalium oder zweiwertige
nicht-vernetzende Kationen, wie Magnesium. Diese Mittel wirken durch
Ersetzen der vernetzenden Metallionen (z. B. Barium, Calcium, Kupfer,
Cobalt, Aluminium, Eisen, Bor, Beryllium, Blei oder Silber) in dem
Alginatgel. Die elastische Antwort von starken Gelen wird verbessert,
indem man diese den einwertigen und zweiwertigen Ionen in der das
Gel umgebenden Umgebung aussetzt.
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Gewisse nichtionische Mittel, z.
B. jene, die Hydroxy- oder Amin-Gruppen enthalten, können auch
zum Verstärken
der elastischen Antwort von Gelen verwendet werden. Wie bei den
ionischen Mitteln der Erfindung kann es zu einem leichten Quellen
des Gels in der Gegenwart der nichtionischen Mittel kommen. Beispielhafte nichtionische
Mittel enthalten mindestens eine Hydroxy- oder Amin-Gruppe und umfassen
niedermolekulargewichtige Zucker und Zuckermetaboliten (z. B. Sorbit),
Zitronensäure
und Glycerin. Bevorzugte nichtionische Mittel sind Glucose, Sorbit,
Zitronensäure,
Harnstoff und Glycerin.
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Die Umgebung, die vorzugsweise eine
wäßrige Lösung ist,
kann ferner ein oder mehrere Arten von vernetzenden Ionen enthalten,
wie Barium, Calcium, Strontium und Kupferionen, um den gewünschten
Grad der Gelelastizität
zu erzielen.
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Ein bevorzugtes Polymer ist ein Polysaccharid,
das man unter Alginsäure,
Pektinsäure,
Hyaluronsäure,
Cellulose, Chitosan, Chitin, Stärke,
Dextran, Heparin, Chondroitin, kationischem Guar, kationischer Stärke, Carboxymethylcellulose,
Carboxymethylchitosan, Carboxymethyldextran, Carboxymethylstärke, Heparinsulfat und
Chondroitinsulfat auswählt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Polymer ionisch vernetzt. Beispielsweise kann das Polymer
kationisch vernetzt sein mit einem ionischen Vernetzungsmittel,
das man unter Barium-, Calcium-, Magnesium-, Strontium-, Bor-, Beryllium-,
Aluminium-, Eisen-, Kupfer-, Cobalt-, Blei- und Silberionen auswählt. Bevorzugte
ionische Vernetzungsmittel sind Barium-, Calcium-, Strontium- und Kupferionen,
stärker
bevorzugt Bariumionen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Hydrogel ein Polysaccharid und das Elastizitätsmittel ionisch.
In einer weiteren Ausführungsform
ist das Polymer ein Polysaccharid und das Elastizitätsmittel
nichtionisch, z. B. Sorbit, Harnstoff oder Zitronensäure. In
diesen Ausführungsformen
ist das Polysaccharid vorzugsweise Alginsäure, Pectinsäure, Hyaluronsäure, Cellulose,
Chitosan, Chitin, Stärke,
Dextran, Heparin, Chondroitin, kationisches Guar, kationische Stärke oder
ein Derivat oder Salz davon. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Gelzusammensetzung Alginsäure oder ein Salz davon, die
mit Barium- oder Calciumionen vernetzt werden, und das Gel wird
mit einer wäßrigen Lösung des
Elastizitätsmittels
behandelt, das man unter Kaliumionen, Natriumionen, Sorbit, Glucose,
Zitronensäure,
Mannit, Dulcit und Glycerin auswählt.
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Die Hydrogelzusammensetzung umfaßt gegebenenfalls
weitere Bestandteile, wie ein Auflösemittel ("disintegrating agent"). Beispielhafte Auflösemittel
sind anorganische Sulfate, Ethylendiamintetraessigsäure, Ethylendiamintetraacetat,
Citrate, organische Phosphate, anorganische Phosphate, Phosphorsäure, Trinatriumcarboxymethyloxysuccinat,
Nitrilotriessigsäure,
Maleinsäure,
Oxalat, Polyacrylsäure
und Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumionen. Bevorzugte Auflösemittel
wählt man
unter anorganischen Sulfaten, anorganischen Phosphaten und Magnesiumionen
aus.
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Beispielhafte medizinische Vorrichtungen
gemäß der Erfindung
sind Stents, Katheter, Kannülen,
Stöpsel
und Restriktoren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die medizinische
Vorrichtung ein elastisch deformierbares Stent mit einem Rückhaltemerkmal,
wobei der gesamte Stent nach dem Formen einer Lösung ausgesetzt wurde, die
das Elastizitätsmittel
umfaßt.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen medizinischen
Vorrichtung ist ein Ureterstent mit Pigtail- oder Windungs-Retentionsmerkmalen.
Ureterstents müssen
beim Gerademachen deformiert werden, z. B. über einen Führungsdraht oder im Inneren
eines Skops, bevor man sie in den Körper einführt. Die Formrückbildung
des Pigtails ist wesentlich für
das Zurückhalten
des Stents in der Niere und Blase.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen medizinischen
Vorrichtung ist ein Biliärstent
(Gallenstent). Ein Biliärstent
erfordert ebenfalls deformierbare Rückhaltemerkmale, wie Klappen,
die man flachpressen muß während des
Einführvorgangs,
wonach sie wieder auftauchen und einen physikalischen Rückhalt gegen
die Wand des Gallengangs bereitstellen.
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Die Erfindung überwindet Nachteile in der
Leistungsfähigkeit
des Standes der Technik, indem sie medizinische Hydrogelvorrichtungen,
wie Stents mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der elastischen
Antwort bereitstellt. Die Verbesserung in der elastischen Antwort
des Hydrogels, z. B. eines starken Polysaccharidgels, kann dadurch
erzielt werden, daß man
das Gel mit mindestens einem Elastizitätsmittel behandelt, beispielsweise
durch Zugabe eines Elastizitätsmittels
zu einer das Gel umgebenden wäßrigen Umgebung.
Elastizitätsmittel,
die man in der Erfindung verwenden kann, können in ihrer Beschaffenheit
als ionisch oder nichtionisch klassifiziert werden.
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Bevorzugte ionische Elastizitätsmittel
dieser Erfindung umfassen einwertige Kationen, wie Natrium, Lithium,
Silber, Ammonium und Kalium. Andere bevorzugte ionische Mittel sind
zweiwertige nicht-vernetzende Kationen, beispielsweise Magnesium
für Alginatgele.
Solche Mittel wirken, indem sie vernetzende Metallionen (z. B. Barium,
Calcium, Kupfer, Cobalt, Aluminium, Eisen, Bor, Beryllium, Blei
oder Silber) aus dem Hydrogel verdrängen. Polysaccharidhydrogele
haben typischerweise Komponenten, die zu einer ionischen oder starken Hydrogelbindung
längs der
Polymerketten befähigt
sind, und die Mittel können
unter Abschirmung der Hydrogelbindung zwischen und innerhalb der
Ketten wirken. Der Gesamteffekt solcher ionischer Mittel ist es,
die Geschwindigkeit und den Grad der Formrückbildung des Gels zu erhöhen.
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Überraschenderweise
wurde auch gefunden, daß nichtionische
Mittel, die Hydroxy- oder Amin-Gruppen enthalten, die Geschwindigkeit
und den Grad der Formrückbildung
von Hydrogelen erhöhen.
Der Ausdruck "nichtionisches
Mittel" steht für Mittel,
die etwa bei neutralem pH nichtionisch sind. Wie bei den zuvor diskutierten
ionischen Mitteln kann es zu einem leichten Quellen des Gels in
der Gegenwart der nichtionischen Mittel kommen.
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Bevorzugte nichtionische Mittel umfassen:
niedermolekulargewichtige Zucker wie Glucose; Zuckermetabolie wie
Sorbit, Mannit, Idit und Dulcit; Zitronensäure; Harnstoff; und Glycerin.
Noch stärker
bevorzugte nichtionische Mittel sind Sorbit, Harnstoff und Zitronensäure. Ein
besonders bevorzugtes Mittel zum Verbessern der elastischen Antwort
von festen Calcium- und Bariumalginatgelen ist Sorbit, ein natürlicher
Metabolit der Glucose. Sowohl Calcium- als auch Bariumalginat-Ureterstents,
die man in einer Lösung
aus 50% Sorbit/50% Wasser lagert, zeigen eine ausgezeichnete elastische
Antwort und eine 100% vollständige
Rückbildung
des Pigtails.
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Man kann die elastische Antwort von
Gelen und insbesondere festen Gelen verbessern, indem man das Gel
einer Umgebung aussetzt, die mindestens ein Elastizitätsmittel
umfaßt.
Gegebenenfalls kann die Umgebung ferner mindestens ein zusätzliches
Elastizitätsmittel
oder ein oder mehrere andere Bestandteile, z. B. ein Vernetzungsmittel
umfassen, um den gewünschten
Grad der Gelelastizität
herzustellen.
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Die Umgebung ist vorzugsweise eine
wäßrige Lösung, wobei
das Elastizitätsmittel
in der Lösung
in einer Menge vorliegt, die ausreicht, die elastische Rückbildung
der Form ohne Auflösung,
Abbau oder Dehydratisierung des Hydrogels zu fördern. Vorzugsweise setzt man
das geformte Hydrogel einer wäßrigen Lösung aus,
die nicht weniger als 0,1 Gew.-% eines oder mehrere Elastizitätsmittel
enthält,
stärker
bevorzugt nicht weniger als 0,5% und noch stärker bevorzugt nicht weniger
als 1%. Das geformte Hydrogel wird vorzugsweise nicht mehr als 70
Gew.-% eines oder mehrerer Elastizitätsmittel ausgesetzt, stärker bevorzugt
nicht mehr als 60% und noch stärker
bevorzugt nicht mehr als 50%. Ein bevorzugter Bereich für die Konzentration
des Elastizitätsmittels
in der Lösung
beträgt
von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%.
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Man lagert die medizinischen Hydrogelvorrichtungen
oder zumindest die elastisch deformierbaren Abschnitte davon vorzugsweise
in einer wäßrigen Umgebung,
die das Elastizitätsmittel
enthält.
Wenn die Lagerung des Hydrogels in einer ionischen Lösung nicht
erwünscht
ist, kann man Hydrogele, die gebundene ionische Gruppen enthalten
herstellen, indem man diese einem geeigneten ionischen Elastizitätsmittel
aussetzt und dann spült
und in deionisiertem Wasser lagert, ohne daß es zu einem Verlust der Leistungsfähigkeit kommt.
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Der Ausdruck "Hydrogel" oder "Gel" bezeichnet
ein wasserunlösliches,
wasserhaltiges Material. Die Hydrogelzusammensetzung umfaßt mindestens
ein Polymer, das gemäß einer
Ausführungsform
ein Polysaccharid ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Hydrogelzusammensetzung
ein ionisch vernetzbares Polymer, vorzugsweise ein Polysaccharid
und ein ionisches Vernetzungsmittel. Die Hydrogelzusammensetzung
kann gegebenenfalls einen oder mehrere andere Bestandteile enthalten,
z. B. Füllstoffe,
Medikamente und Auflösemittel.
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Die ionisch vernetzbaren Polymere
können
in ihrer Beschaffenheit anionisch oder kationisch sein. Beispielhafte
Polymere umfassen Carboxy-, Sulfat- und Aminfunktionalisierte Polymere.
Unter den anionischen Polymeren, die man einsetzen kann, sind Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Alginsäure, Pectinsäure, Carboxymethylcellulose,
Hyaluronsäure,
Heparin, Carboxymethylstärke,
Carboxymethyldextran, Heparinsulfat und Chondroitinsulfat. Unter
den kationischen Polymeren, die man verwenden kann, sind Chitosan,
kationisches Guar, kationische Stärke und Polyethylenamin.
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Das Polymer des Hydrogels ist vorzugsweise
ein Polysaccharid. Beispielhafte Polymere auf Polysaccharidbasis
umfassen Alginsäure,
Pectinsäure,
Hyaluronsäure,
Cellulose, Chitosan, Chitin, Stärke,
Dextran, Heparin, Chondroitin, kationisches Guar, kationische Stärke und
Derivate und Salze davon, wie Carboxymethylcellulose, Carboxymethylchitosan,
Carboxymethyldextran, Carboxymethylstärke, Heparinsulfat und Chondroitinsulfat.
Besonders bevorzugte Polysaccharide sind Alginsäure, Pectinsäure und
Hyaluronsäure
und deren Salze.
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Die ionischen Vernetzungsmittel werden
im allgemeinen als anionisch oder kationisch klassifiziert. Geeignete
kationische Vernetzungsmittel umfassen Barium, Calcium, Magnesium,
Strontium, Bor, Beryllium, Aluminium, Eisen, Kupfer, Cobalt, Blei
und Silber. Barium, Calcium, Strontium und Kupfer sind bevorzugt
Kationen, wobei Barium am stärksten
bevorzugt ist. Anionische Vernetzungsmittel werden im allgemeinen
von mehrbasischen organischen oder anorganischen Säuren abgeleitet.
Geeignete anionische Vernetzer umfassen Phosphat-, Citrat-, Borat-,
Succinat-, Maleat-, Adipat- und Oxalationen, wobei Phosphationen
bevorzugt sind.
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Gegebenenfalls kann das Hydrogel
ein Auflösemittel
enthalten oder diesem ausgesetzt werden, welches seine Funktion
entwickelt, wenn es durch Verdrängen
eines Vernetzungsions ausgelöst
wird. Geeignete Auflösemittel
umfassen anorganische Sulfate, Ethylendiamintetraessigsäure und
Ethylendiamintetraacetat, Citrate, organische Phosphate (z. B. Cellulosephosphat),
anorganische Phosphate (z. B. Pentanatriumtripolyphosphat, mono-
und dibasisches Kaliumphosphat, Natriumpyrophosphat), Phosphorsäure, Trinatriumcarboxymethyloxysuccinat,
Nitrolotriessigsäure,
Maleinsäure,
Oxalat, Polyacrylsäure
und Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumionen. Anorganische
Sulfate, anorganische Phosphate und Magnesiumionen sind bevorzugte
Auflösemittel.
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Beispiele anderer optionaler Bestandteile
oder Komponenten der Hydrogelzusammensetzung umfassen Behandlungsmittel
oder medizinische Additive, wie antiseptische Additive, Antibiotika,
Antikoagulationsmittel, pharmazeutische Verbindungen und dgl.
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Man bringt die Hydrogelzusammensetzung
in eine geeignete Form für
die gewünschte
medizinische Vorrichtung. Das Formen kann über eine geeignete Technik,
z. B. durch Extrudieren oder Formen des Hydrogels erzielt werden.
Falls erforderlich, setzt man ein zusätzliches oder sekundäres Formen
ein, z. B. um Rückhaltemerkmale
auszubilden. Beispielsweise kann man Stents mit Pigtail-förmigen Rückhaltemerkmalen
formen, indem man eine Hydrogelzusammensetzung in die Form eines
Schlauchs extrudiert, den Schlauch auf geeignete Längen zuschneidet,
den geschnittenen Schlauch unter Ausbildung der Rückhaltemerkmale
formt und die geformten Stents mit dem Elastizitätsmittel behandelt (z. B. durch
Eintauchen in eine das Elastizitätsmittel
enthaltende Lösung).
In einer bevorzugten Ausführungsform
für die
Herstellung solcher Pigtail-Stents umfaßt die Hydrogelzusammensetzung
ein ionisch vernetztes Polymer und man formt die Rückhaltemerkmale über Schritte,
die umfassen: (i) das Wickeln der Enden der Hydrogelschlauchlängen unter
Spannung um die Stifte einer Formungsvorrichtung ("shaping jig"); (ii) das Eintauchen
des gewickelten Schlauchs in eine Elektrolytlösung, z. B. eine, die Wasser
und Kaliumchlorid enthält,
um die Vernetzungen abzustreifen; und (iii) das erneute Vernetzen
des Hydrogels, z. B. durch Eintauchen des Hydrogels mit abgestreiften
Vernetzungen in ein Vernetzungsmittel.
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Systeme, bei denen die erfindungsgemäßen medizinischen
Vorrichtungen von Nutzen sind, umfassen kardiovaskuläre, lymphatische,
neurologische, integumentale, skelettale, muskuläre, optische, otorhino-laryngologische,
orale, gastrointestinale und urogenitale Systeme. Medizinische Vorrichtungen,
die man erfindungsgemäß herstellen
kann, umfassen Ureter-, urethrale, biliale, Ileum- und pylorische
Stents. Andere beispielhafte medizinische Vorrichtungen umfassen
Drainagevorrichtungen (z. B. Ohr- und Sinusröhren), Entbindungsvorrichtungen,
temporäre
Stöpsel
und enterale Zuführ/Speiseröhren und
-stöpsel.
Wie man an den folgenden erläuternden
Beispielen erkennt, kann man erfindungsgemäß auf vorteilhafte Weise elastisch
deformierbare Pigtail-Stents herstellen.
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Beispiele
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Wie in den Beispielen A und B beschrieben,
wurden Hydrogele auf Polysaccharidbasis in der Form von hohlen Röhren, die
jeweils einen Pigtail an mindestens einem Ende aufwiesen, hergestellt.
Beispielhafte medizinische Hydrogelvorrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden dann hergestellt und auf ihre elastische Antwort
getestet, wie dies in den Beispielen 1 bis 8 beschrieben wird. Im
allgemeinen beinhaltete das Verfahren die folgenden Schritt: (a)
das Behandeln des Hydrogels auf Polysaccharidbasis in einer wäßrigen Lösung eines
Elastizitätsmittels;
(b) das Deformieren des behandelten Hydrogels auf eine Weise, daß der Pigtail
begradigt wurde; und (c) das Loslassen des Pigtails, so daß das Hydrogel
die Pigtailform wieder annehmen kann, wobei man den Grad der Rückbildung
und die Geschwindigkeit der Rückbildung
der Pigtailform qualitativ beobachtete.
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Beispiel A – Herstellung
von Calciumalginat-Pigtails
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Natriumalginat (121,2 g Pronova Protanal
LF 10/60) wurde in einer 4'' × 5'' (10
cm × 13
cm) Aluminiumpfanne eingewogen. Deionisiertes Wasser (625,8 g) wurde
in einen 1000 ml-Becher eingewogen. Dann stellte man den Becher
mit dem Wasser unter einen Überkopfmischer
und senkte das Mischblatt neben der Mitte in das Wasser. Der Mischer
wurde bei seiner höchsten
Geschwindigkeit betrieben, um das Wasser zu rühren, während man das Natriumalginat
(Pronova Protanal LF 10/60) schnell in den Becher goß.
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Nach dem Rühren der Probe für etwa 10
Sekunden, wurde diese mit einer Saranfolie bedeckt und bei Raumtemperatur
unter einer Haube über
Nacht gelagert. Man gab die Probe (718,2 g) in ein Ross-Doppelplanetenrührwerk und
mischte die Lösung
im Mischer 30 Minuten bei 60°C.
Dann gab man 54,1 g wismutsubcarbonat zu, worauf man weitere 30
Minuten rührte.
Man ließ die
Mischung im Rossmischer abkühlen.
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Man füllte die Mischung in sterile
30 cm3-Spritzen und zentrifugierte die Spritzen,
um mitgerissene Luft zu entfernen. Man befestigte die Spritzen an
einer Schlauchdüse,
die von einer Schlauchpumpe angetrieben wurde, und extrudierte einen
Schlauch in eine 30%ige Calciumchloriddihydrat-Lösung. Man pumpte die Calciumchlorid-Lösung ebenfalls durch die Mitte
der Düse,
während
das Rohr extrudiert wurde. Man ließ den Schlauch über Nacht
in der Calcium-Lösung
stehen. Am folgenden Tag wurde der Schlauch in deionisiertem Wasser
dialysiert um überschüssige Ionen
zu entfernen.
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Mit einer Rasierklinge wurde der
Schlauch auf zylindrische Längen
geschnitten und die zylindrischen Längen auf einer Pigtail-Formungsvorrichtung
befestigt (Platten, die jeweils zwei Stifte aufwiesen, um die man die
Enden der zylindrischen Längen
spulte oder wickelte unter Bildung von Pigtailförmigen Enden). Die beladenen
Vorrichtungen wurden 40 Minuten in eine gerührte 25%ige Kaliumchlorid-Lösung gestellt.
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Nach 40 Minuten zog man die Vorrichtung
aus dem Kaliumchlorid-Bad und überführte sie
in ein 30%iges Calciumchloriddihydrat-Bad. Man rührte die Lösung kontinuierlich 60 Minuten
lang. Dann entfernte man die Vorrichtung aus der Lösung und
stellte sie in eine Pfanne mit deionisiertem Wasser. Nach etwa 30 Minuten
wurde das deionisierte Wasser ausgegossen und durch frisches deionisiertes
Wasser ersetzt. Die vollständig
geformten Doppelpigtail-Ureterstents wurden mit Hilfe einer Rasierklinge
von der Vorrichtung geschnitten und in deionisiertem Wasser gelagert.
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Beispiel B – Herstellung
von Bariumalginat-Pigtails
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Die Formvorrichtung wurde mit Stücken des
wie in Teil 1 des Beispiels A hergestellten Calciumalginatschlauchs
beladen und 40 Minuten in ein 25%iges KCl-Bad getaucht. Dann tauchte
man die Vorrichtung 1 Stunde lang in ein 2,5%iges BaCl2·H2O-Bad unter konstantem Mischen. Die Vorrichtung
wurde in deionisiertes Wasser gestellt. Nach 30 Minuten wurde das
Wasser ausgegossen und durch frisches deionisiertes Wasser ersetzt.
Nach weiteren 30 Minuten wurde das Wasser erneut gewechselt. 30
Minuten später
wurde das Wasser durch 3000 g einer wäßrigen 0,15%igen Natriumsulfat-Lösung ersetzt.
Nach 10 Minuten in der Na2SO4-Lösung wurde
die Lösung
ausgegossen und durch frisches deionisiertes Wasser ersetzt. Dieses
Wasser ersetzte man, nachdem 30 Minuten insgesamt verstrichen waren
und erneut, nachdem 60 Minuten insgesamt verstrichen waren. Die
vollständig
geformten Bariumalginat-Pigtails wurden in deionisiertem Wasser
gelagert.
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Beispiel 1 – Behandlung
mit Kaliumsalz
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Man legte Bariumalginat-Pigtails,
die wie in Beispiel B hergestellt wurden, in ein jedes von drei
Gläsern,
die Kaliumchlorid in deionisiertem Wasser enthielten, wobei das
erste Glas 0,5%ige KCl, das zweite Glas 1,0%ige KCl und das dritte
Glas 1,5%ige KCl enthielt. Nach dem Eintauchen über Nacht bei 37°C wurden
die Pigtails begradigt und die Antwort bei der Formrückbildung
beobachtet. Die 0,5%ige KCl-Lösung
veränderte die
Rückbildung
des Pigtails nicht merklich, während
die 1,0%ige KCl- und 1,5%ige KCl-Lösung die Geschwindigkeit und
den Grad der Rückbildung
der Pigtails erheblich förderte.
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Beispiel 2 – Behandlung
mit Natrium- und Calciumsalzen
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Calciumalginat-Pigtails, die man
wie in Beispiel A herstellte, wurden in Lösungen getaucht, die eine Mischung
aus NaCl (Elastizitätsmittel)
und CaCl2·2H2O
(Vernetzungsmittel) enthielten. Die Zusammensetzungen der Lösungen und
die Ergebnisse der Tests zur Wiederherstellung des Pigtails werden
in Tabelle 1 aufgeführt.
Falls nicht anders ausgewiesen, beziehen sich die dort angegebenen
Prozentwerte und Anteile auf das Gewicht.
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Beispiel 3 – Behandlung
mit Sorbit
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Calciumalginat- und Bariumalginat-Pigtails,
die man wie in Beispiel A bzw. B herstellte, wurden in Lösungen von
Sorbit in deionisierten Wasser bei Konzentrationen von 5%, 10%,
20%, 40% und 50% getaucht. Die Geschwindigkeit der Rückbildung
der Bariumalginat- und Calciumalginat-Pigtails verbesserte sich
mit zunehmender Sorbitmenge in der Lösung.
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Beispiel 4A – Behandlung
mit Glucose
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Man stellte zwei Lösungen her,
indem man 25 g Glucose in 25 g deionisiertem Wasser in einem jeden von
zwei Gläsern
löste.
Ein Calciumalginat-Pigtail, den man wie in Beispiel A hergestellt
hatte, wurde in das eine Glas gegeben und ein Bariumalginat-Pigtail,
den man wie in Beispiel B hergestellt hatte, in das andere Glas.
Die Proben wurden auf 37°C
erwärmt.
Nach 24 Stunden bei 37°C,
entfernte man die Proben und testete die Antwort der Pigtails. Sowohl
der Calciumalginat- als auch der Bariumalginat-Pigtail zeigte eine
signifikant erhöhte
Geschwindigkeit und einen signifikant erhöhten Rückbildungsgrad von der Deformation
gegenüber
der Beobachtung von zwei Kontrollproben, die man in deionisiertes
Wasser getaucht hatte.
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Beispiel 4B – Behandlung
mit Glucose
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Man stellte zwei Lösungen her,
indem man 15 g Glucose in 35 g deionisiertem Wasser in einem jeden von
zwei Gläsern
löste.
Ein Calciumalginat-Pigtail, den man wie in Beispiel A hergestellt
hatte, wurde in das eine Glas gegeben und ein Bariumalginat-Pigtail,
den man wie in Beispiel B hergestellt hatte, in das andere Glas.
Die Proben wurden auf 37°C
erwärmt.
Nach 24 Stunden bei dieser Temperatur entfernte man die Proben und
testete die elastische Antwort bei der Rückbildung der Pigtailform.
Sowohl der Calciumalginat- als auch der Bariumalginat-Pigtail zeigten
eine signifikant erhöhte
Geschwindigkeit und einen signifikant erhöhten Rückbildungsgrad von der Deformation
gegenüber
der Beobachtung von zwei Kontrollproben, die man in deionisiertes
Wasser getaucht hatte.
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Beispiel 5 – Behandlung
mit Zitronensäure
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Ein Bariumalginat-Pigtail und ein
Calciumalginat-Pigtail, die man gemäß den Beispielen A bzw. B hergestellt
hatte, wurden jeweils in 2% Zitronensäuremonohydrat in deionisiertem
Wasser getaucht. Die Proben wurden auf 37°C erwärmt und nach 24 Stunden untersucht.
Sowohl der Bariumalginat- als auch der Calciumalginat-Pigtail zeigte
eine erhöhte
Geschwindigkeit und einen erhöhten
Grad der Pigtailrückbildung
gegenüber Kontrollpigtails,
die man in deionisiertes Wasser getaucht hatte. Die Behandlung mit
Zitronensäure
führte
auch, zu dem zusätzlichen
Effekt, das Oberflächengefühl der Gele
dahingehend zu verändern,
daß die
Oberfläche sich
stärker
gummiartig und weniger schlüpfrig
anfühlte
als die Kontrollpigtails.
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Beispiel 6 – Behandlung
mit Mannit
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Man löste 20 g Mannit in 80 g deionisiertem
Wasser bei 90°C.
Ein Pigtail aus Calciumalginat und ein Pigtail aus Bariumalginat,
die man gemäß Beispiel
A bzw. B hergestellt hatte, wurden jeweils in die Mannit-Lösung bei
90°C getaucht,
wo man die Temperatur 45 Minuten hielt und dann die Proben auf Raumtemperatur abkühlen ließ. Die Pigtails
wurden begradigt und losgelassen. Der Bariumalginat-Pigtail wurde
zu 100% wiederhergestellt und war bei der Wiederherstellung signifikant
schneller als der Kontrollbariumalginat-Pigtail, den man in deionisiertes
Wasser getaucht hatte.
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Beispiel 7 – Behandlung
mit Dulcit
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Man löste 10 g Dulcit in 80 g deionisiertem
Wasser bei 90°C.
Ein Pigtail aus Calciumalginat und ein Pigtail aus Bariumalginat,
die man wie in den Beispielen A bzw. B hergestellt hatte, wurden
in die Mischung bei 90°C
getaucht, wo man die Temperatur 45 Minuten hielt und die Proben
dann auf Raumtemperatur abkühlen
ließ.
Die Pigtails wurden begradigt und losgelassen. Die Bariumalginat-
und Calciumalginat-Pigtails bildeten sich zu 100% zurück und waren
bei der Wiederherstellung signifikant schneller als die Kontrollbariumalginat-
und Calciumalginat-Pigtails, die man in deionisiertes Wasser getaucht
hatte.
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Beispiel 8 – Behandlung
mit Glycerin
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Ein Bariumalginat-Pigtail, den man
wie in Beispiel B beschrieben hergestellt hatte, und ein Calciumalginat-Pigtail, den man
wie in Beispiel A beschrieben hergestellt hatte, wurden getrennt
in eine wäßrige (deionisiertes
Wasser) 50%ige Glycerin-Lösung
getaucht. Die Proben wurden auf 37°C erwärmt, abgekühlt und dann nach 24 Stunden
untersucht. Sowohl der Bariumalginat- als auch der Calciumalginat-Pigtail
zeigten eine erhöhte
Geschwindigkeit und einen erhöhten
Rückbildungsgrad
des Pigtails gegenüber
Kontrollpigtails, die man in deionisiertes Wasser getaucht hatte.
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Vergleichsbeispiele – Behandlung
mit Trockenfilmweichmachern
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Calciumalginat-Pigtails, die man
wie in Beispiel A beschrieben hergestellt hatte, und Bariumalginat-Pigtails,
die man wie in Beispiel B beschrieben hergestellt hatte, wurden
in etwa 50 g der folgenden Lösungen
3 Tage lang bei 37°C
getaucht. Dann bewertete man die Pigtails hinsichtlich der Geschwindigkeit
und des Grads der Rückbildung
nach dem Begradigen der Pigtails. Die Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle zusammengefaßt.
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Im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen
zeigten die Beispiele 1 bis 8 der vorliegenden Erfindung eine signifikant
bessere Geschwindigkeit und einen signifikant höheren Grad der Rückbildung
nach der Deformation.