Введение к работе
Актуальность работы
Несмотря на то, что имплантируемые медицинские изделия из биоматериалов искусственного и природного происхождения достаточно широко применяются в различных областях современной медицины, актуальной остается проблема улучшения их функциональных характеристик.
Одним из основных требований к медицинским изделиям является их соответствие необходимым биологическим свойствам. Так, в случае протезов кровеносных сосудов, дренажей, катетеров, искусственных хрусталиков глаза, биосенсоров и др. взаимодействие поверхности изделия с биологической средой должно быть минимально, а для ортопедических и стоматологических имплантатов, напротив, требуется прорастание окружающей ткани в объем изделия.
Разработки медицинских изделий с улучшенными био- и гемосовместимыми свойствами ведутся по двум основным направлениям: создание новых материалов и модифицирование уже существующих материалов и изделий.
Реакция организма на имплантат определяется, в основном, его поверхностными свойствами: химическим составом, структурой и морфологией. В связи с этим, существующие способы регулирования биологических свойств медицинских изделий направлены на изменение физико-химических свойств поверхности (химический состав, степень гидрофильности, заряд, морфология и др.) с использованием физических, химических и физико-химических методов модифицирования. Особый интерес представляют методы модифицирования, которые позволяют изменять физико-химические, структурные и функциональные свойства поверхности, не влияя на объёмные характеристики изделия, такие как прочность, эластичность, коэффициент пропускания, показатель преломления, электрофизические параметры и т.д.
Одним из перспективных путей улучшения биологических свойств медицинских изделий является модифицирование их поверхности различными физико-химическими методами (травление, обработка плазмой тлеющего разряда, ионная бомбардировка, литография и др.).
В 2001-2005 гг. в Центре по исследованию биосовместимых материалов ФГУ НИИ трансплантологии и искусственных органов был проведен сравнительный анализ химических, физических и физико-химических методов модифицирования медицинских материалов и изделий из синтетических полимерных материалов, направленных на улучшение их медико-технических свойств. Результатом работы явилось доказательство перспективности двух подходов к созданию биосовместимых поверхностей: технологий,
основанных на ионно-плазменных методах и метод вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) обработки. Было доказано, что выбранные способы модифицирования позволяют создавать на поверхности гидрофильно-гидрофобные микро- и наноструктуры, имитирующие структуры белков и клеточных мембран. Однако детального анализа влияния ионно-плазменной и ВУФ обработки поверхности на изменение ее структурных характеристик и биологических свойств не проводилось. Кроме того, исследования ограничивались только синтетическими биостабильными полимерными материалами.
Цель работы
Цель работы заключалась в исследовании физико-химических и биологических свойств поверхности биополимерного материала (сополимера 3-оксибутирата и 3-оксивалерата) и синтетических полимерных материалов (политетрафторэтилена, полиэтилентерефталата), наноструктурированных различными физическими методами.
Основные задачи работы
Исходя из поставленной цели, задачи работы сводились к следующему:
доказать возможность применения магнетронного, ионно-плазменного метода и метода ВУФ-обработки для наноструктурирования поверхности синтетических и природных медицинских полимерных материалов;
изучить влияние наноструктурирования пленочных образцов полимерных материалов на химический состав, морфологию и гидрофильность их поверхности;
исследовать в условиях in vitro биологические свойства полимерных материалов и найти оптимальные условия наноструктурирования поверхности, приводящие к улучшению биологических свойств модифицированных образцов.
Научная новизна
Доказана возможность применения ВУФ-обработки для улучшения био- и гемосовместимых свойств бактериального сополимера 3-оксибутирата и 3-оксивалерата, предназначенного для замещения дефектов мягких тканей, в том числе, в качестве имплантируемого носителя для трансплантации клеток.
Доказано, что обработка пленок политетрафторэтилена, полиэтилентерефталата и сополимера 3-оксибутирата и 3-оксивалерата выбранными для них способами модифицирования, приводит к изменению наноразмерной шероховатости, гидрофильности и химического состава поверхности.
Проведен сравнительный анализ влияния микро- и наноструктуры гладкой и пористой поверхности полиэтилентерефталата, полученных, соответственно, ионно-плазменным методом с последующим нанесением алмазоподобного углеродного
покрытия и магнетронным нанесением высокопористого алюминия/оксида алюминия в сочетании с ионно-плазменным методом, на биологические свойства образцов. 4. Для каждого вида полимерного материала и выбранного способа наноструктурирования поверхности исследовано влияние наноразмерной шероховатости и гидрофильности поверхности на ее гемо- и биосовместимые свойства.
Практическая значимость
Найдены оптимальные режимы обработки ионно-плазменными методами для политетрафторэтилена (ПТФЭ, 30 мин травления, 100 нм а-С:Н) и полиэтилентерефталата (ПЭТ, 10 мин травления, 100 нм а - С:Н; ПЭТ/А1(А1гОз), 3 мин травления, 50 нм а-С:Н), a также оптимальные режимы ВУФ-облучения образцов сополимера 3-оксибутирата и 3-оксивалерата (ПОБ-со-ПОВ, 30 мин. облучения, 2.5 торр), улучшающие их гемо- и биосовместимые свойства на белковом и клеточном уровне.
Результаты работы рекомендуются к использованию в Федеральном государственном учреждении «Научно-исследовательский институт трансплантологии и искусственных органов», Федеральном государственном учреждении «Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена», Научном центре сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева, Федеральном государственном учреждении «Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова».
Апробация работы
Основные материалы, изложенные в диссертации, доложены и обсуждены на следующих семинарах и конференциях:
межинститутский семинар Центра по исследованию биоматериалов ФГУ НИИ трансплантологии и искусственных органов Росмедтехнологий (2005, 2006, 2007 гг.),
45, 46 и 49-ая научные конференции МФТИ (Долгопрудный, 2002, 2003, 2006 гг.),
31-й Европейский Конгресс по искусственным органам ESAO (г. Варшава, Польша, 2004 г.),
11-ая научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника» (г. Судак, Украина, 2004г.),
19-ая Европейская Конференция по биоматериалам ESB (г. Сорренто, Италия, 2005 г.),
4-й Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007 г.),
ІХ-й Российско-Китайский Симпозиум «Новые материалы и технологии» (Астрахань, 2007 г.).
Публикации
Результаты проведенных исследований отражены в 13 печатных работах, опубликованных в России и за рубежом.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, трёх глав основного содержания, включая обзор литературы, методическую главу, результаты и их обсуждение, а также заключения и выводов.
Диссертация изложена на страницах машинописного текста, содержит
рисунков, таблицы и список литературы из наименований.
Похожие диссертации на Влияние наноструктурирования поверхности медицинских полимерных материалов на их физико-химические и биологические свойства
