nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે નવીનતમ બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરવાની ભલામણ કરીએ છીએ (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડ બંધ કરો). વધુમાં, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, આ સાઇટમાં સ્ટાઇલ અથવા JavaScript શામેલ હશે નહીં.
રેડિયોથેરાપી દરમિયાન અવયવો અને પેશીઓની હિલચાલ એક્સ-રેની સ્થિતિમાં ભૂલો તરફ દોરી શકે છે. તેથી, રેડિયોથેરાપીના ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે અંગની હિલચાલની નકલ કરવા માટે પેશીઓ-સમકક્ષ યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રીની જરૂર પડે છે. જો કે, આવી સામગ્રીનો વિકાસ એક પડકાર રહે છે. અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ્સમાં બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ જેવા ગુણધર્મો હોય છે, જે તેમને પેશીઓ-સમકક્ષ સામગ્રી તરીકે આશાસ્પદ બનાવે છે. આ અભ્યાસમાં, ઇચ્છિત યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો ધરાવતા અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સને ઇન સિટુ Ca2+ રીલીઝ દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા હતા. વ્યાખ્યાયિત યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો સાથે હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સ મેળવવા માટે હવા-થી-વોલ્યુમ ગુણોત્તરને કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરવામાં આવ્યો હતો. સામગ્રીના મેક્રો- અને માઇક્રોમોર્ફોલોજીનું લક્ષણ દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, અને કમ્પ્રેશન હેઠળ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સના વર્તનનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. રેડિયોલોજિકલ ગુણધર્મોનો સૈદ્ધાંતિક રીતે અંદાજ કાઢવામાં આવ્યો હતો અને કમ્પ્યુટેડ ટોમોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને પ્રાયોગિક રીતે ચકાસવામાં આવ્યો હતો. આ અભ્યાસ પેશીઓ-સમકક્ષ સામગ્રીના ભાવિ વિકાસ પર પ્રકાશ પાડે છે જેનો ઉપયોગ રેડિયોથેરાપી દરમિયાન રેડિયેશન ડોઝ ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ માટે થઈ શકે છે.
રેડિયેશન થેરાપી એ કેન્સર માટે એક સામાન્ય સારવાર છે1. રેડિયેશન થેરાપી2 દરમિયાન અંગો અને પેશીઓની હિલચાલ ઘણીવાર એક્સ-રેની સ્થિતિમાં ભૂલો તરફ દોરી જાય છે, જેના પરિણામે ગાંઠની સારવાર ઓછી થઈ શકે છે અને આસપાસના સ્વસ્થ કોષો બિનજરૂરી કિરણોત્સર્ગના વધુ પડતા સંપર્કમાં આવી શકે છે. ગાંઠના સ્થાનિકીકરણની ભૂલોને ઘટાડવા માટે અંગો અને પેશીઓની હિલચાલની આગાહી કરવાની ક્ષમતા મહત્વપૂર્ણ છે. આ અભ્યાસ ફેફસાં પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, કારણ કે દર્દીઓ રેડિયેશન થેરાપી દરમિયાન શ્વાસ લે છે ત્યારે તેઓ નોંધપાત્ર વિકૃતિઓ અને હલનચલનમાંથી પસાર થાય છે. માનવ ફેફસાં3,4,5 ની ગતિનું અનુકરણ કરવા માટે વિવિધ મર્યાદિત તત્વ મોડેલો વિકસાવવામાં આવ્યા છે અને લાગુ કરવામાં આવ્યા છે. જો કે, માનવ અવયવો અને પેશીઓમાં જટિલ ભૂમિતિઓ હોય છે અને તે ખૂબ જ દર્દી-આધારિત હોય છે. તેથી, સૈદ્ધાંતિક મોડેલોને માન્ય કરવા, સુધારેલ તબીબી સારવારને સરળ બનાવવા અને તબીબી શિક્ષણ હેતુઓ માટે ભૌતિક મોડેલો વિકસાવવા માટે પેશીઓ-સમકક્ષ ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી ખૂબ જ ઉપયોગી છે.
જટિલ બાહ્ય અને આંતરિક માળખાકીય ભૂમિતિઓ પ્રાપ્ત કરવા માટે નરમ પેશીઓની નકલ કરતી સામગ્રીના વિકાસ પર ખૂબ ધ્યાન ખેંચાયું છે કારણ કે તેમની સહજ યાંત્રિક વિસંગતતાઓ લક્ષ્ય એપ્લિકેશનોમાં નિષ્ફળતા તરફ દોરી શકે છે6,7. ફેફસાના પેશીઓના જટિલ બાયોમિકેનિક્સનું મોડેલિંગ, જે અત્યંત નરમાઈ, સ્થિતિસ્થાપકતા અને માળખાકીય છિદ્રાળુતાને જોડે છે, તે માનવ ફેફસાંને સચોટ રીતે પ્રજનન કરતા મોડેલો વિકસાવવામાં એક મહત્વપૂર્ણ પડકાર ઉભો કરે છે. ઉપચારાત્મક હસ્તક્ષેપોમાં ફેફસાના મોડેલોના અસરકારક પ્રદર્શન માટે યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મોનું એકીકરણ અને મેળ ખાવું મહત્વપૂર્ણ છે. દર્દી-વિશિષ્ટ મોડેલો વિકસાવવામાં એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ અસરકારક સાબિત થયું છે, જે જટિલ ડિઝાઇનના ઝડપી પ્રોટોટાઇપિંગને સક્ષમ કરે છે. શિન એટ અલ. 8 એ 3D-પ્રિન્ટેડ એરવેઝ સાથે પ્રજનનક્ષમ, વિકૃત ફેફસાંનું મોડેલ વિકસાવ્યું. હાસેલાર એટ અલ. 9 એ રેડિયોથેરાપી માટે છબી ગુણવત્તા મૂલ્યાંકન અને સ્થિતિ ચકાસણી પદ્ધતિઓ માટે વાસ્તવિક દર્દીઓ જેવું જ એક ફેન્ટમ વિકસાવ્યું. હોંગ એટ અલ10 એ ક્વોન્ટિફિકેશનની ચોકસાઈનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે વિવિધ ફેફસાના જખમોની CT તીવ્રતાનું પ્રજનન કરવા માટે 3D પ્રિન્ટિંગ અને સિલિકોન કાસ્ટિંગ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને છાતીનું CT મોડેલ વિકસાવ્યું. જોકે, આ પ્રોટોટાઇપ્સ ઘણીવાર એવી સામગ્રીથી બનેલા હોય છે જેના અસરકારક ગુણધર્મો ફેફસાના પેશીઓ કરતા ખૂબ જ અલગ હોય છે.
હાલમાં, મોટાભાગના ફેફસાના ફેન્ટમ્સ સિલિકોન અથવા પોલીયુરેથીન ફીણથી બનેલા હોય છે, જે વાસ્તવિક ફેફસાના પેરેનકાઇમાના યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો સાથે મેળ ખાતા નથી. 12,13 અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ્સ બાયોકોમ્પેટિબલ છે અને તેમના ટ્યુનેબલ યાંત્રિક ગુણધર્મોને કારણે ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. 14 જો કે, ફેફસાના ફેન્ટમ માટે જરૂરી અતિ-નરમ, ફીણ જેવી સુસંગતતાનું પુનઃઉત્પાદન કરવું જે ફેફસાના પેશીઓની સ્થિતિસ્થાપકતા અને ભરણ રચનાનું સચોટ અનુકરણ કરે છે તે એક પ્રાયોગિક પડકાર રહે છે.
આ અભ્યાસમાં, એવું માનવામાં આવ્યું હતું કે ફેફસાના પેશીઓ એક સમાન સ્થિતિસ્થાપક પદાર્થ છે. માનવ ફેફસાના પેશીઓ (\(\:\rho\:\)) ની ઘનતા 1.06 g/cm3 હોવાનું નોંધાયું છે, અને ફૂલેલા ફેફસાની ઘનતા 0.26 g/cm315 છે. વિવિધ પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને ફેફસાના પેશીઓના યંગના મોડ્યુલસ (MY) મૂલ્યોની વિશાળ શ્રેણી મેળવવામાં આવી છે. લાઇ-ફૂક એટ અલ. 16 એ માનવ ફેફસાના YM ને 0.42–6.72 kPa સમાન ફુગાવા સાથે માપ્યું. ગોસ એટ અલ. 17 એ મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇલાસ્ટોગ્રાફીનો ઉપયોગ કર્યો અને 2.17 kPa ના YM નો અહેવાલ આપ્યો. લિયુ એટ અલ. 18 એ 0.03–57.2 kPa ના સીધા માપેલા YM નો અહેવાલ આપ્યો. ઇલેગબુસી એટ અલ. 19 એ પસંદ કરેલા દર્દીઓ પાસેથી મેળવેલા 4D CT ડેટાના આધારે YM 0.1–2.7 kPa હોવાનો અંદાજ લગાવ્યો.
ફેફસાના રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો માટે, એક્સ-રે સાથે ફેફસાના પેશીઓના ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વર્તનનું વર્ણન કરવા માટે ઘણા પરિમાણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં તત્વ રચના, ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા (\(\:{\rho\:}_{e}\)), અસરકારક અણુ સંખ્યા (\(\:{Z}_{eff}\)), સરેરાશ ઉત્તેજના ઊર્જા (\(\:I\)), માસ એટેન્યુએશન ગુણાંક (\(\:\mu\:/\rho\:\)) અને હાઉન્સફિલ્ડ એકમ (HU), જે સીધા \(\:\mu\:/\rho\:\) સાથે સંબંધિત છે.
ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા \(\:{\rho\:}_{e}\) ને પ્રતિ યુનિટ વોલ્યુમ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે અને તેની ગણતરી નીચે મુજબ કરવામાં આવે છે:
જ્યાં \(\:\rho\:\) એ g/cm3 માં પદાર્થની ઘનતા છે, \(\:{N}_{A}\) એ એવોગાડ્રો સ્થિરાંક છે, \(\:{w}_{i}\) એ દળ અપૂર્ણાંક છે, \(\:{Z}_{i}\) એ અણુ સંખ્યા છે, અને \(\:{A}_{i}\) એ i-th તત્વનું અણુ વજન છે.
અણુ સંખ્યા સીધી રીતે સામગ્રીની અંદરના કિરણોત્સર્ગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિ સાથે સંબંધિત છે. અનેક તત્વો (દા.ત., કાપડ) ધરાવતા સંયોજનો અને મિશ્રણો માટે, અસરકારક અણુ સંખ્યા \(\:{Z}_{eff}\) ની ગણતરી કરવી આવશ્યક છે. આ સૂત્ર મૂર્તિ અને અન્યો દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. 20:
સરેરાશ ઉત્તેજના ઊર્જા \(\:I\) એ દર્શાવે છે કે લક્ષ્ય પદાર્થ કેટલી સરળતાથી ભેદી કણોની ગતિ ઊર્જાને શોષી લે છે. તે ફક્ત લક્ષ્ય પદાર્થના ગુણધર્મોનું વર્ણન કરે છે અને કણોના ગુણધર્મો સાથે તેનો કોઈ સંબંધ નથી. \(\:I\) ની ગણતરી બ્રેગના ઉમેરણ નિયમનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે:
માસ એટેન્યુએશન ગુણાંક \(\:\mu\:/\rho\:\) લક્ષ્ય સામગ્રીમાં ફોટોનના પ્રવેશ અને ઊર્જા પ્રકાશનનું વર્ણન કરે છે. તે નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરી શકાય છે:
જ્યાં \(\:x\) એ સામગ્રીની જાડાઈ છે, \(\:{I}_{0}\) એ ઘટના પ્રકાશની તીવ્રતા છે, અને \(\:I\) એ સામગ્રીમાં પ્રવેશ પછી ફોટોન તીવ્રતા છે. \(\:\mu\:/\rho\:\) ડેટા સીધો NIST 12621 સ્ટાન્ડર્ડ્સ રેફરન્સ ડેટાબેઝમાંથી મેળવી શકાય છે. મિશ્રણ અને સંયોજનો માટે \(\:\mu\:/\rho\:\) મૂલ્યો નીચે મુજબ ઉમેરણ નિયમનો ઉપયોગ કરીને મેળવી શકાય છે:
ગણતરી કરેલ ટોમોગ્રાફી (CT) ડેટાના અર્થઘટનમાં HU એ રેડિયોડેન્સિટી માપનનું પ્રમાણિત પરિમાણહીન એકમ છે, જે માપેલા એટેન્યુએશન ગુણાંક \(\:\mu\:\) માંથી રેખીય રીતે રૂપાંતરિત થાય છે. તેને આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે:
જ્યાં \(\:{\mu\:}_{પાણી}\) એ પાણીનો ઘટ્ટ ગુણાંક છે, અને \(\:{\mu\:}_{હવા}\) એ હવાનો ઘટ્ટ ગુણાંક છે. તેથી, સૂત્ર (6) માંથી આપણે જોઈએ છીએ કે પાણીનું HU મૂલ્ય 0 છે, અને હવાનું HU મૂલ્ય -1000 છે. માનવ ફેફસાં માટે HU મૂલ્ય -600 થી -70022 સુધીની હોય છે.
અનેક પેશી સમકક્ષ સામગ્રી વિકસાવવામાં આવી છે. ગ્રિફિથ અને અન્યોએ પોલીયુરેથીન (PU) થી બનેલા માનવ ધડનું એક પેશી સમકક્ષ મોડેલ વિકસાવ્યું જેમાં માનવ ફેફસાં સહિત વિવિધ માનવ અવયવોના રેખીય એટેન્યુએશન ગુણાંકનું અનુકરણ કરવા માટે કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO3) ની વિવિધ સાંદ્રતા ઉમેરવામાં આવી હતી, અને આ મોડેલનું નામ ગ્રિફિથ રાખવામાં આવ્યું હતું. ટેલર24 એ લોરેન્સ લિવરમોર નેશનલ લેબોરેટરી (LLNL) દ્વારા વિકસિત બીજું ફેફસાંના પેશી સમકક્ષ મોડેલ રજૂ કર્યું, જેને LLLL1 નામ આપવામાં આવ્યું. ટ્રાઉબ અને અન્યોએ ફોમેક્સ XRS-272 નો ઉપયોગ કરીને એક નવો ફેફસાંનો પેશી વિકલ્પ વિકસાવ્યો જેમાં 5.25% CaCO3 કાર્યક્ષમતા વધારનાર તરીકે હોય છે, જેને ALT2 નામ આપવામાં આવ્યું હતું. કોષ્ટકો 1 અને 2 માનવ ફેફસાં (ICRU-44) અને ઉપરોક્ત પેશી સમકક્ષ મોડેલો માટે \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) અને માસ એટેન્યુએશન ગુણાંકની સરખામણી દર્શાવે છે.
ઉત્તમ રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો પ્રાપ્ત થયા હોવા છતાં, લગભગ તમામ ફેન્ટમ સામગ્રી પોલિસ્ટરીન ફીણથી બનેલી હોય છે, જેનો અર્થ એ થાય કે આ સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મો માનવ ફેફસાંની તુલનામાં આવી શકતા નથી. પોલીયુરેથીન ફીણનું યંગ્સ મોડ્યુલસ (YM) લગભગ 500 kPa છે, જે સામાન્ય માનવ ફેફસાં (લગભગ 5-10 kPa) ની તુલનામાં આદર્શથી ઘણું દૂર છે. તેથી, એક નવી સામગ્રી વિકસાવવી જરૂરી છે જે વાસ્તવિક માનવ ફેફસાંની યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ લાક્ષણિકતાઓને પૂર્ણ કરી શકે.
હાઇડ્રોજેલ્સનો ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. તેની રચના અને ગુણધર્મો બાહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ (ECM) જેવી જ છે અને સરળતાથી ગોઠવી શકાય છે. આ અભ્યાસમાં, ફીણ તૈયાર કરવા માટે શુદ્ધ સોડિયમ અલ્જીનેટને બાયોમટીરિયલ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ્સ બાયોસુસંગત છે અને તેમના એડજસ્ટેબલ યાંત્રિક ગુણધર્મોને કારણે ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. સોડિયમ અલ્જીનેટ (C6H7NaO6)n ની મૂળભૂત રચના અને Ca2+ ની હાજરી તેના રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મોને જરૂરિયાત મુજબ ગોઠવવાની મંજૂરી આપે છે. એડજસ્ટેબલ યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મોનું આ સંયોજન અમારા અભ્યાસ માટે અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ્સને આદર્શ બનાવે છે. અલબત્ત, અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ્સમાં પણ મર્યાદાઓ હોય છે, ખાસ કરીને સિમ્યુલેટેડ શ્વસન ચક્ર દરમિયાન લાંબા ગાળાની સ્થિરતાના સંદર્ભમાં. તેથી, આ મર્યાદાઓને સંબોધવા માટે ભવિષ્યના અભ્યાસોમાં વધુ સુધારાની જરૂર છે અને અપેક્ષિત છે.
આ કાર્યમાં, અમે માનવ ફેફસાના પેશીઓ જેવા જ નિયંત્રિત rho મૂલ્યો, સ્થિતિસ્થાપકતા અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો સાથે અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ સામગ્રી વિકસાવી છે. આ અભ્યાસ ટ્યુનેબલ સ્થિતિસ્થાપક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો સાથે પેશી જેવા ફેન્ટમ્સ બનાવવા માટે એક સામાન્ય ઉકેલ પ્રદાન કરશે. ભૌતિક ગુણધર્મો કોઈપણ માનવ પેશીઓ અને અંગ માટે સરળતાથી અનુરૂપ બનાવી શકાય છે.
હાઇડ્રોજેલ ફોમના લક્ષ્ય હવા અને વોલ્યુમ ગુણોત્તરની ગણતરી માનવ ફેફસાંની HU શ્રેણી (-600 થી -700) ના આધારે કરવામાં આવી હતી. એવું માનવામાં આવ્યું હતું કે ફીણ હવા અને કૃત્રિમ અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલનું સરળ મિશ્રણ હતું. વ્યક્તિગત તત્વો \(\:\mu\:/\rho\:\) ના સરળ ઉમેરણ નિયમનો ઉપયોગ કરીને, હવાના વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક અને સંશ્લેષિત અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલના વોલ્યુમ ગુણોત્તરની ગણતરી કરી શકાય છે.
સિગ્મા-એલ્ડ્રિચ કંપની, સેન્ટ લુઇસ, MO પાસેથી ખરીદેલા સોડિયમ અલ્જીનેટ (ભાગ નં. W201502), CaCO3 (ભાગ નં. 795445, MW: 100.09), અને GDL (ભાગ નં. G4750, MW: 178.14) નો ઉપયોગ કરીને અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. 70% સોડિયમ લૌરીલ ઈથર સલ્ફેટ (SLES 70) પ્રખ્યાત ટ્રેડિંગ LLC પાસેથી ખરીદવામાં આવ્યું હતું. ફોમ તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયામાં ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. સોડિયમ અલ્જીનેટને ઓરડાના તાપમાને ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીમાં સતત હલાવતા (600 rpm) ઓગાળીને એક સમાન પીળો અર્ધપારદર્શક દ્રાવણ પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી ઓગાળવામાં આવ્યું હતું. જલીકરણ શરૂ કરવા માટે Ca2+ સ્ત્રોત તરીકે GDL સાથે સંયોજનમાં CaCO3 નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. હાઇડ્રોજેલની અંદર છિદ્રાળુ માળખું બનાવવા માટે SLES 70 નો ઉપયોગ સર્ફેક્ટન્ટ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો. અલ્જીનેટ સાંદ્રતા 5% પર જાળવવામાં આવી હતી અને Ca2+:-COOH મોલર રેશિયો 0.18 પર જાળવવામાં આવ્યો હતો. ફોમ તૈયારી દરમિયાન તટસ્થ pH જાળવવા માટે CaCO3:GDL મોલર રેશિયો પણ 0.5 પર જાળવવામાં આવ્યો હતો. બધા નમૂનાઓમાં SLES 70 નું વોલ્યુમ દ્વારા મૂલ્ય 26.2% છે. દ્રાવણ અને હવાના મિશ્રણ ગુણોત્તરને નિયંત્રિત કરવા માટે ઢાંકણવાળા બીકરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. બીકરનું કુલ વોલ્યુમ 140 મિલી હતું. સૈદ્ધાંતિક ગણતરીના પરિણામોના આધારે, હવા સાથે ભળવા માટે મિશ્રણના વિવિધ વોલ્યુમો (50 મિલી, 100 મિલી, 110 મિલી) બીકરમાં ઉમેરવામાં આવ્યા હતા. 50 મિલી મિશ્રણ ધરાવતા નમૂનાને પૂરતી હવા સાથે ભળવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું હતું, જ્યારે અન્ય બે નમૂનાઓમાં હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરને નિયંત્રિત કરવામાં આવ્યું હતું. પ્રથમ, SLES 70 ને અલ્જીનેટ દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવ્યું હતું અને સંપૂર્ણપણે મિશ્ર થાય ત્યાં સુધી ઇલેક્ટ્રિક સ્ટિરર વડે હલાવવામાં આવ્યું હતું. પછી, CaCO3 સસ્પેન્શનને મિશ્રણમાં ઉમેરવામાં આવ્યું હતું અને મિશ્રણ સંપૂર્ણપણે મિશ્ર થાય ત્યાં સુધી સતત હલાવવામાં આવ્યું હતું, જ્યારે તેનો રંગ સફેદ થઈ ગયો હતો. અંતે, જિલેશન શરૂ કરવા માટે મિશ્રણમાં GDL દ્રાવણ ઉમેરવામાં આવ્યું હતું, અને સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન યાંત્રિક હલનચલન જાળવવામાં આવ્યું હતું. ૫૦ મિલી મિશ્રણ ધરાવતા નમૂના માટે, મિશ્રણનું પ્રમાણ બદલાવાનું બંધ થઈ ગયા પછી યાંત્રિક હલનચલન બંધ કરવામાં આવ્યું. ૧૦૦ મિલી અને ૧૧૦ મિલી મિશ્રણ ધરાવતા નમૂનાઓ માટે, મિશ્રણ બીકર ભરાઈ ગયા પછી યાંત્રિક હલનચલન બંધ કરવામાં આવ્યું. અમે ૫૦ મિલી અને ૧૦૦ મિલી વચ્ચેના જથ્થા સાથે હાઇડ્રોજેલ ફોમ તૈયાર કરવાનો પણ પ્રયાસ કર્યો. જો કે, ફીણની માળખાકીય અસ્થિરતા જોવા મળી, કારણ કે તે સંપૂર્ણ હવા મિશ્રણની સ્થિતિ અને હવાના જથ્થા નિયંત્રણની સ્થિતિ વચ્ચે વધઘટ થતી હતી, જેના પરિણામે અસંગત વોલ્યુમ નિયંત્રણ થયું. આ અસ્થિરતાએ ગણતરીઓમાં અનિશ્ચિતતા રજૂ કરી, અને તેથી આ વોલ્યુમ શ્રેણીનો આ અભ્યાસમાં સમાવેશ કરવામાં આવ્યો ન હતો.
હાઇડ્રોજેલ ફોમની ઘનતા \(\:\rho\:\) ની ગણતરી હાઇડ્રોજેલ ફોમ નમૂનાના દળ \(\:m\) અને કદ \(\:V\) માપીને કરવામાં આવે છે.
Zeiss Axio Observer A1 કેમેરાનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજેલ ફોમની ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપિક છબીઓ મેળવવામાં આવી હતી. ImageJ સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ પ્રાપ્ત છબીઓના આધારે ચોક્કસ વિસ્તારમાં નમૂનામાં છિદ્રોની સંખ્યા અને કદ વિતરણની ગણતરી કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. છિદ્રનો આકાર ગોળાકાર હોવાનું માનવામાં આવે છે.
અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે, TESTRESOURCES 100 શ્રેણી મશીનનો ઉપયોગ કરીને એકાક્ષીય સંકોચન પરીક્ષણો કરવામાં આવ્યા હતા. નમૂનાઓને લંબચોરસ બ્લોક્સમાં કાપવામાં આવ્યા હતા અને તાણ અને તાણની ગણતરી કરવા માટે બ્લોક પરિમાણો માપવામાં આવ્યા હતા. ક્રોસહેડ ગતિ 10 mm/min પર સેટ કરવામાં આવી હતી. દરેક નમૂના માટે ત્રણ નમૂનાઓનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું અને પરિણામોમાંથી સરેરાશ અને પ્રમાણભૂત વિચલનની ગણતરી કરવામાં આવી હતી. આ અભ્યાસ અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સના સંકુચિત યાંત્રિક ગુણધર્મો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે કારણ કે ફેફસાના પેશીઓ શ્વસન ચક્રના ચોક્કસ તબક્કે સંકુચિત બળોને આધિન હોય છે. વિસ્તરણક્ષમતા અલબત્ત મહત્વપૂર્ણ છે, ખાસ કરીને ફેફસાના પેશીઓના સંપૂર્ણ ગતિશીલ વર્તનને પ્રતિબિંબિત કરવા માટે અને ભવિષ્યના અભ્યાસોમાં આની તપાસ કરવામાં આવશે.
તૈયાર કરેલા હાઇડ્રોજેલ ફોમ નમૂનાઓને સિમેન્સ સોમાટોમ ડ્રાઇવ ડ્યુઅલ-ચેનલ સીટી સ્કેનર પર સ્કેન કરવામાં આવ્યા હતા. સ્કેનિંગ પરિમાણો નીચે મુજબ સેટ કરવામાં આવ્યા હતા: 40 mA, 120 kVp અને 1 mm સ્લાઇસ જાડાઈ. પરિણામી DICOM ફાઇલોનું વિશ્લેષણ માઇક્રોડિકોમ DICOM વ્યૂઅર સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને દરેક નમૂનાના 5 ક્રોસ-સેક્શનના HU મૂલ્યોનું વિશ્લેષણ કરવા માટે કરવામાં આવ્યું હતું. CT દ્વારા મેળવેલા HU મૂલ્યોની તુલના નમૂનાઓના ઘનતા ડેટાના આધારે સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ સાથે કરવામાં આવી હતી.
આ અભ્યાસનો ઉદ્દેશ્ય નરમ પદાર્થોનું એન્જિનિયરિંગ કરીને વ્યક્તિગત અંગ મોડેલો અને કૃત્રિમ જૈવિક પેશીઓના નિર્માણમાં ક્રાંતિ લાવવાનો છે. તબીબી તાલીમ, સર્જિકલ આયોજન અને રેડિયેશન થેરાપી આયોજન જેવા લક્ષિત કાર્યક્રમો માટે માનવ ફેફસાંના કાર્યકારી મિકેનિક્સ સાથે મેળ ખાતી યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી વિકસાવવી મહત્વપૂર્ણ છે. આકૃતિ 1A માં, અમે માનવ ફેફસાંના મોડેલો બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા નરમ પદાર્થોના યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો વચ્ચેની વિસંગતતાનું આયોજન કર્યું છે. આજ સુધી, એવી સામગ્રી વિકસાવવામાં આવી છે જે ઇચ્છિત રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, પરંતુ તેમના યાંત્રિક ગુણધર્મો ઇચ્છિત આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરતા નથી. પોલીયુરેથીન ફીણ અને રબર એ વિકૃત માનવ ફેફસાંના મોડેલો બનાવવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી છે. પોલીયુરેથીન ફીણ (યંગ્સ મોડ્યુલસ, YM) ના યાંત્રિક ગુણધર્મો સામાન્ય રીતે સામાન્ય માનવ ફેફસાના પેશીઓ કરતા 10 થી 100 ગણા વધારે હોય છે. ઇચ્છિત યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો બંને દર્શાવતી સામગ્રી હજુ સુધી જાણીતી નથી.
(A) વિવિધ નરમ પદાર્થોના ગુણધર્મોનું યોજનાકીય પ્રતિનિધિત્વ અને ઘનતા, યંગના મોડ્યુલસ અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો (HU માં) ની દ્રષ્ટિએ માનવ ફેફસાં સાથે સરખામણી. (B) 5% ની સાંદ્રતા અને 0.18 ના Ca2+:-COOH દાઢ ગુણોત્તર સાથે \(\:\mu\:/\rho\:\) અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલનું એક્સ-રે વિવર્તન પેટર્ન. (C) હાઇડ્રોજેલ ફીણમાં હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરની શ્રેણી. (D) વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર સાથે અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફીણનું યોજનાકીય પ્રતિનિધિત્વ.
5% ની સાંદ્રતા અને 0.18 ના Ca2+:-COOH મોલર રેશિયો સાથે અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ્સની મૂળભૂત રચનાની ગણતરી કરવામાં આવી હતી, અને પરિણામો કોષ્ટક 3 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. અગાઉના સૂત્ર (5) માં ઉમેરણ નિયમ અનુસાર, અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ \(\:\:\mu\:/\rho\:\) ના માસ એટેન્યુએશન ગુણાંક આકૃતિ 1B માં બતાવ્યા પ્રમાણે મેળવવામાં આવે છે.
હવા અને પાણી માટેના \(\:\mu\:/\rho\:\) મૂલ્યો સીધા NIST 12612 ધોરણો સંદર્ભ ડેટાબેઝમાંથી મેળવવામાં આવ્યા હતા. આમ, આકૃતિ 1C માનવ ફેફસાં માટે -600 અને -700 ની વચ્ચે HU સમકક્ષ મૂલ્યો સાથે હાઇડ્રોજેલ ફોમમાં ગણતરી કરેલ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર દર્શાવે છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે ગણતરી કરેલ હવાના જથ્થાનો ગુણોત્તર 1 × 10−3 થી 2 × 101 MeV સુધીની ઊર્જા શ્રેણીમાં 60-70% ની અંદર સ્થિર છે, જે ડાઉનસ્ટ્રીમ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓમાં હાઇડ્રોજેલ ફોમના ઉપયોગ માટે સારી સંભાવના દર્શાવે છે.
આકૃતિ 1D માં તૈયાર કરેલ અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ નમૂના દર્શાવવામાં આવ્યો છે. બધા નમૂનાઓ 12.7 મીમીની ધાર લંબાઈવાળા ક્યુબ્સમાં કાપવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે એક સમાન, ત્રિ-પરિમાણીય સ્થિર હાઇડ્રોજેલ ફોમ બનાવવામાં આવ્યો હતો. હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરને ધ્યાનમાં લીધા વિના, હાઇડ્રોજેલ ફોમના દેખાવમાં કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત જોવા મળ્યો ન હતો. હાઇડ્રોજેલ ફોમનું સ્વ-ટકાઉ સ્વભાવ સૂચવે છે કે હાઇડ્રોજેલની અંદર રચાયેલ નેટવર્ક ફોમના વજનને ટેકો આપવા માટે પૂરતું મજબૂત છે. ફોમમાંથી પાણીની થોડી માત્રામાં લીકેજ ઉપરાંત, ફોમે કેટલાક અઠવાડિયા સુધી ક્ષણિક સ્થિરતા પણ દર્શાવી.
ફોમ નમૂનાના દળ અને જથ્થાને માપીને, તૈયાર કરેલા હાઇડ્રોજેલ ફોમ \(\:\rho\:\) ની ઘનતા ગણતરી કરવામાં આવી હતી, અને પરિણામો કોષ્ટક 4 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. પરિણામો હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર પર \(\:\rho\:\) ની અવલંબન દર્શાવે છે. જ્યારે પૂરતી હવા નમૂનાના 50 મિલી સાથે મિશ્રિત થાય છે, ત્યારે ઘનતા સૌથી ઓછી બને છે અને 0.482 g/cm3 થાય છે. મિશ્ર હવાનું પ્રમાણ ઘટતા જાય છે તેમ, ઘનતા વધીને 0.685 g/cm3 થાય છે. 50 મિલી, 100 મિલી અને 110 મિલીના જૂથો વચ્ચે મહત્તમ p મૂલ્ય 0.004 < 0.05 હતું, જે પરિણામોનું આંકડાકીય મહત્વ દર્શાવે છે.
સૈદ્ધાંતિક \(\:\rho\:\) મૂલ્યની ગણતરી નિયંત્રિત હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરીને પણ કરવામાં આવે છે. માપેલા પરિણામો દર્શાવે છે કે \(\:\rho\:\) સૈદ્ધાંતિક મૂલ્ય કરતા 0.1 g/cm³ ઓછું છે. આ તફાવતને જિલેશન પ્રક્રિયા દરમિયાન હાઇડ્રોજેલમાં ઉત્પન્ન થતા આંતરિક તાણ દ્વારા સમજાવી શકાય છે, જે સોજોનું કારણ બને છે અને આમ \(\:\rho\:\\) માં ઘટાડો થાય છે. આકૃતિ 2 (A, B અને C) માં બતાવેલ CT છબીઓમાં હાઇડ્રોજેલ ફોમની અંદરના કેટલાક ગાબડાઓના અવલોકન દ્વારા આની વધુ પુષ્ટિ થઈ.
વિવિધ હવાના જથ્થાવાળા હાઇડ્રોજેલ ફીણની ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી છબીઓ (A) 50, (B) 100, અને (C) 110. અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ નમૂનાઓ (D) 50, (E) 100, (F) 110 માં કોષ સંખ્યાઓ અને છિદ્ર કદ વિતરણ.
આકૃતિ 3 (A, B, C) વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર સાથે હાઇડ્રોજેલ ફોમ નમૂનાઓની ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ દર્શાવે છે. પરિણામો હાઇડ્રોજેલ ફોમની ઓપ્ટિકલ રચના દર્શાવે છે, જે સ્પષ્ટપણે વિવિધ વ્યાસવાળા છિદ્રોની છબીઓ દર્શાવે છે. છિદ્ર સંખ્યા અને વ્યાસનું વિતરણ ImageJ નો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરવામાં આવ્યું હતું. દરેક નમૂના માટે છ છબીઓ લેવામાં આવી હતી, દરેક છબીનું કદ 1125.27 μm × 843.96 μm હતું, અને દરેક નમૂના માટે કુલ વિશ્લેષણ કરેલ ક્ષેત્રફળ 5.7 mm² હતું.
(A) વિવિધ હવાના જથ્થા ગુણોત્તરવાળા અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સનું સંકુચિત તાણ-તાણ વર્તન. (B) ઘાતાંકીય ફિટિંગ. (C) વિવિધ હવાના જથ્થા ગુણોત્તરવાળા હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સનું સંકોચન E0. (D) વિવિધ હવાના જથ્થા ગુણોત્તરવાળા અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સનું અંતિમ સંકુચિત તાણ અને તાણ.
આકૃતિ 3 (D, E, F) દર્શાવે છે કે છિદ્ર કદનું વિતરણ પ્રમાણમાં એકસમાન છે, જે દસ માઇક્રોમીટરથી લઈને લગભગ 500 માઇક્રોમીટર સુધીનું છે. છિદ્રનું કદ મૂળભૂત રીતે એકસમાન છે, અને હવાના જથ્થામાં ઘટાડો થતાં તે થોડું ઘટે છે. પરીક્ષણ ડેટા અનુસાર, 50 મિલી નમૂનાનું સરેરાશ છિદ્ર કદ 192.16 μm છે, મધ્યક 184.51 μm છે, અને પ્રતિ એકમ ક્ષેત્રફળ છિદ્રોની સંખ્યા 103 છે; 100 મિલી નમૂનાનું સરેરાશ છિદ્ર કદ 156.62 μm છે, મધ્યક 151.07 μm છે, અને પ્રતિ એકમ ક્ષેત્રફળ છિદ્રોની સંખ્યા 109 છે; 110 મિલી નમૂનાના અનુરૂપ મૂલ્યો અનુક્રમે 163.07 μm, 150.29 μm અને 115 છે. ડેટા દર્શાવે છે કે મોટા છિદ્રોનો સરેરાશ છિદ્ર કદના આંકડાકીય પરિણામો પર વધુ પ્રભાવ હોય છે, અને મધ્ય છિદ્ર કદ છિદ્ર કદના ફેરફાર વલણને વધુ સારી રીતે પ્રતિબિંબિત કરી શકે છે. જેમ જેમ નમૂનાનું પ્રમાણ 50 મિલીથી 110 મિલી સુધી વધે છે, તેમ તેમ છિદ્રોની સંખ્યા પણ વધે છે. મધ્ય છિદ્ર વ્યાસ અને છિદ્ર સંખ્યાના આંકડાકીય પરિણામોને જોડીને, એવું નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે વધતા જથ્થા સાથે, નમૂનાની અંદર નાના કદના વધુ છિદ્રો રચાય છે.
યાંત્રિક પરીક્ષણ ડેટા આકૃતિઓ 4A અને 4D માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે. આકૃતિ 4A વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર સાથે તૈયાર કરેલા હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સના સંકુચિત તાણ-તાણ વર્તન દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે બધા નમૂનાઓમાં સમાન બિન-રેખીય તાણ-તાણ વર્તન છે. દરેક નમૂના માટે, વધતા તાણ સાથે તણાવ ઝડપથી વધે છે. હાઇડ્રોજેલ ફોમના સંકુચિત તાણ-તાણ વર્તનમાં એક ઘાતાંકીય વળાંક ફીટ કરવામાં આવ્યો હતો. આકૃતિ 4B હાઇડ્રોજેલ ફોમ પર અંદાજિત મોડેલ તરીકે ઘાતાંકીય કાર્ય લાગુ કર્યા પછી પરિણામો દર્શાવે છે.
વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરવાળા હાઇડ્રોજેલ ફોમ માટે, તેમના સંકુચિત મોડ્યુલસ (E0) નો પણ અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. હાઇડ્રોજેલ્સના વિશ્લેષણની જેમ, સંકુચિત યંગના મોડ્યુલસની તપાસ 20% પ્રારંભિક તાણની શ્રેણીમાં કરવામાં આવી હતી. કમ્પ્રેશન પરીક્ષણોના પરિણામો આકૃતિ 4C માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. આકૃતિ 4C માં પરિણામો દર્શાવે છે કે જેમ જેમ હવાના જથ્થાનો ગુણોત્તર નમૂના 50 થી નમૂના 110 સુધી ઘટે છે, તેમ અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમનું સંકુચિત યંગનું મોડ્યુલસ E0 10.86 kPa થી 18 kPa સુધી વધે છે.
એ જ રીતે, હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સના સંપૂર્ણ તાણ-તાણ વળાંકો, તેમજ અંતિમ સંકુચિત તાણ અને તાણ મૂલ્યો મેળવવામાં આવ્યા હતા. આકૃતિ 4D એલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમ્સના અંતિમ સંકુચિત તાણ અને તાણ દર્શાવે છે. દરેક ડેટા પોઇન્ટ ત્રણ પરીક્ષણ પરિણામોની સરેરાશ છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે અંતિમ સંકુચિત તાણ 9.84 kPa થી 17.58 kPa સુધી વધે છે અને ગેસનું પ્રમાણ ઘટે છે. અંતિમ તાણ લગભગ 38% પર સ્થિર રહે છે.
આકૃતિ 2 (A, B, અને C) અનુક્રમે 50, 100 અને 110 નમૂનાઓને અનુરૂપ વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરવાળા હાઇડ્રોજેલ ફોમની CT છબીઓ દર્શાવે છે. છબીઓ દર્શાવે છે કે રચાયેલ હાઇડ્રોજેલ ફોમ લગભગ એકરૂપ છે. નમૂના 100 અને 110 માં થોડી સંખ્યામાં ગાબડા જોવા મળ્યા હતા. આ ગાબડાઓનું નિર્માણ જિલેશન પ્રક્રિયા દરમિયાન હાઇડ્રોજેલમાં ઉત્પન્ન થતા આંતરિક તાણને કારણે હોઈ શકે છે. અમે દરેક નમૂનાના 5 ક્રોસ સેક્શન માટે HU મૂલ્યોની ગણતરી કરી અને તેમને અનુરૂપ સૈદ્ધાંતિક ગણતરી પરિણામો સાથે કોષ્ટક 5 માં સૂચિબદ્ધ કર્યા.
કોષ્ટક 5 દર્શાવે છે કે વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરવાળા નમૂનાઓએ વિવિધ HU મૂલ્યો મેળવ્યા. 50 મિલી, 100 મિલી અને 110 મિલી જૂથો વચ્ચે મહત્તમ p મૂલ્ય 0.004 < 0.05 હતું, જે પરિણામોનું આંકડાકીય મહત્વ દર્શાવે છે. પરીક્ષણ કરાયેલા ત્રણ નમૂનાઓમાં, 50 મિલી મિશ્રણવાળા નમૂનામાં માનવ ફેફસાંના કિરણોત્સર્ગ ગુણધર્મોની સૌથી નજીક હતા. કોષ્ટક 5 નો છેલ્લો સ્તંભ માપેલા ફોમ મૂલ્ય \(\:\rho\:\) પર આધારિત સૈદ્ધાંતિક ગણતરી દ્વારા મેળવેલ પરિણામ છે. માપેલા ડેટાની સૈદ્ધાંતિક પરિણામો સાથે સરખામણી કરીને, તે શોધી શકાય છે કે CT સ્કેનિંગ દ્વારા મેળવેલા HU મૂલ્યો સામાન્ય રીતે સૈદ્ધાંતિક પરિણામોની નજીક હોય છે, જે બદલામાં આકૃતિ 1C માં હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર ગણતરીના પરિણામોની પુષ્ટિ કરે છે.
આ અભ્યાસનો મુખ્ય ઉદ્દેશ્ય માનવ ફેફસાં જેવા યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી બનાવવાનો છે. આ ઉદ્દેશ્ય માનવ ફેફસાં જેવા શક્ય તેટલા નજીકના પેશીઓ-સમકક્ષ યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો ધરાવતી હાઇડ્રોજેલ-આધારિત સામગ્રી વિકસાવવા દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યો હતો. સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ દ્વારા માર્ગદર્શન આપવામાં આવ્યું હતું, સોડિયમ અલ્જીનેટ દ્રાવણ, CaCO3, GDL અને SLES 70 ને યાંત્રિક રીતે મિશ્રિત કરીને વિવિધ હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરવાળા હાઇડ્રોજેલ ફોમ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. મોર્ફોલોજિકલ વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે એક સમાન ત્રિ-પરિમાણીય સ્થિર હાઇડ્રોજેલ ફોમ બનાવવામાં આવ્યો હતો. હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરમાં ફેરફાર કરીને, ફીણની ઘનતા અને છિદ્રાળુતા ઇચ્છા મુજબ બદલાઈ શકે છે. હવાના જથ્થાના પ્રમાણના વધારા સાથે, છિદ્રોનું કદ થોડું ઘટે છે અને છિદ્રોની સંખ્યામાં વધારો થાય છે. અલ્જીનેટ હાઇડ્રોજેલ ફોમના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું વિશ્લેષણ કરવા માટે કમ્પ્રેશન પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે કમ્પ્રેશન પરીક્ષણોમાંથી મેળવેલ સંકુચિત મોડ્યુલસ (E0) માનવ ફેફસાં માટે આદર્શ શ્રેણીમાં છે. હવાના જથ્થાના ગુણોત્તરમાં ઘટાડો થતાં E0 વધે છે. તૈયાર કરેલા નમૂનાઓના રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મો (HU) ના મૂલ્યો નમૂનાઓના CT ડેટાના આધારે મેળવવામાં આવ્યા હતા અને સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓના પરિણામો સાથે સરખામણી કરવામાં આવી હતી. પરિણામો અનુકૂળ હતા. માપેલ મૂલ્ય માનવ ફેફસાંના HU મૂલ્યની પણ નજીક છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે માનવ ફેફસાંના ગુણધર્મોની નકલ કરતા યાંત્રિક અને રેડિયોલોજીકલ ગુણધર્મોના આદર્શ સંયોજન સાથે પેશીઓનું અનુકરણ કરતા હાઇડ્રોજેલ ફોમ બનાવવાનું શક્ય છે.
આશાસ્પદ પરિણામો હોવા છતાં, વૈશ્વિક અને સ્થાનિક બંને સ્તરે સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ અને વાસ્તવિક માનવ ફેફસાંમાંથી આગાહીઓ સાથે મેળ ખાતી હવાના જથ્થાના ગુણોત્તર અને છિદ્રાળુતાને વધુ સારી રીતે નિયંત્રિત કરવા માટે વર્તમાન ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓમાં સુધારો કરવાની જરૂર છે. વર્તમાન અભ્યાસ કમ્પ્રેશન મિકેનિક્સનું પરીક્ષણ કરવા સુધી પણ મર્યાદિત છે, જે ફેન્ટમના સંભવિત ઉપયોગને શ્વસન ચક્રના કમ્પ્રેશન તબક્કા સુધી મર્યાદિત કરે છે. ગતિશીલ લોડિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સંભવિત એપ્લિકેશનોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ટેન્સાઇલ પરીક્ષણ તેમજ સામગ્રીની એકંદર યાંત્રિક સ્થિરતાની તપાસ કરવાથી ભવિષ્યના સંશોધનને ફાયદો થશે. આ મર્યાદાઓ હોવા છતાં, આ અભ્યાસ માનવ ફેફસાંની નકલ કરતી એક જ સામગ્રીમાં રેડિયોલોજીકલ અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને જોડવાનો પ્રથમ સફળ પ્રયાસ છે.
વર્તમાન અભ્યાસ દરમિયાન જનરેટ થયેલા અને/અથવા વિશ્લેષણ કરાયેલા ડેટાસેટ્સ વાજબી વિનંતી પર સંબંધિત લેખક પાસેથી ઉપલબ્ધ છે. પ્રયોગો અને ડેટાસેટ્સ બંને પુનઃઉત્પાદનક્ષમ છે.
સોંગ, જી., વગેરે. કેન્સર રેડિયેશન થેરાપી માટે નવી નેનોટેકનોલોજી અને અદ્યતન સામગ્રી. એડવ. મેટર. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
કિલ, પીજે, એટ અલ. રેડિયેશન ઓન્કોલોજીમાં શ્વસન ગતિ વ્યવસ્થાપન પર AAPM 76a ટાસ્ક ફોર્સનો અહેવાલ. મેડ. ફિઝ. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
અલ-માયા, એ., મોસેલી, જે., અને બ્રોક, કે.કે. માનવ ફેફસામાં ઇન્ટરફેસ અને મટીરીયલ નોનલાઇનેરિટીઝનું મોડેલિંગ. ભૌતિકશાસ્ત્ર અને દવા અને જીવવિજ્ઞાન 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
વાંગ, એક્સ., વગેરે. 3D બાયોપ્રિંટિંગ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ગાંઠ જેવા ફેફસાના કેન્સર મોડેલ. 3. બાયોટેકનોલોજી. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
લી, એમ., એટ અલ. ફેફસાના વિકૃતિનું મોડેલિંગ: વિકૃત છબી નોંધણી તકનીકો અને અવકાશી રીતે બદલાતા યંગના મોડ્યુલસ અંદાજને જોડતી પદ્ધતિ. મેડ. ફિઝ. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
ગુઇમારેસ, સીએફ અને અન્ય. જીવંત પેશીઓની કઠોરતા અને પેશીઓ ઇજનેરી માટે તેની અસરો. કુદરત સમીક્ષાઓ સામગ્રી અને પર્યાવરણ 5, 351–370 (2020).