Плазменная обработка медицинских изделий из полиуретана не
только упрочняет их поверхность, но и повышает антибактериальные свойства. В
исследованиях перспективной технологии участвует целый ряд институтов
Уральского отделения (УрО) РАН: Институт механики сплошных сред УрО РАН,
Институт электрофизики УрО РАН, Институт экологии и генетики микроорганизмов
УрО РАН, Институт технической химии УрО РАН и Пермский государственный
национальный исследовательский университет.
Одним из перспективных методов модификации материалов является
плазменная обработка. Она увеличивает их твердость, износостойкость, снижает
адгезию, то есть прилипание, таких бактерий как стафилококк и кишечная палочка.
Однако деформация может привести к растрескиванию поверхности модифицированного
пластика из-за повышенной жесткости. Такие изменения провоцируют рост бактерий
до величин, превышающих их количество на необработанных материалах. Фактором
роста бактерий становятся протяженные дефекты рельефа – трещины и складки. Эта
опасность особенно очевидна для медицинских изделий из упругих полиуретанов,
которые испытывают большие деформации при использовании: грудных имплантов, межфаланговых
протезов, катетеров.
В ходе исследования, проведенного уральскими учеными, поверхность
полиуретановых образцов была обработана плазменной имплантацией ионов азота с
энергией от 0,1 до 3 кэВ, после чего проводилось механическое нагружение
образцов и исследовалось взаимодействие белков крови и бактериальных клеток с
материалами до и после нагружения.
Было обнаружено, что эффект растрескивания при деформациях
возникают при плазменной обработке с энергией ионов выше 1 кэВ. Использование
более низких энергий обработки (до 0,5 кэВ) вызвало увеличение модуля упругости
поверхности по сравнению с необработанным полимером в 1,5–2 раза, однако данные
покрытия показали устойчивость к механическим нагрузкам при растяжении не менее
50 %. Низкоэнергетическая обработка не оказала значительного влияния на структурно-механические
свойства материала. Ионы внедряются в материал на глубину до нескольких
нанометров, и значительные изменения происходят не на поверхности (структура
поверхности практически не изменилась), а в поверхностном нанослое.
Колонии кишечной палочки на необработанной (слева) и
обработанной 0,5 кэВ (справа) поверхностях. На необработанной поверхности
контуры кишечной палочки четкие, видны начинающие делиться бактерии; на
обработанной поверхности бактерии не имеют четкой формы: их клеточная стенка
начала разрушаться на стадии инкубации.
Такая обработка привела к повышению гидрофобности и
свободной энергии поверхности полиуретана. Это положительным образом отразилось
на биомедицинских характеристиках образцов: было достигнуто снижение жизнеспособность
кишечной палочки, что косвенно объясняется возросшей энергией поверхности и
обусловлено появлением на ней свободных радикалов, вызвавших окислительный
стресс бактерий.
Таким образом, можно сделать вывод, что материалы с малой
энергией плазменной обработки имеют перспективы дальнейшего всестороннего
исследования с целью разработки деформируемых биомедицинских изделий с
улучшенными свойствами.
Более подробная информация – в статье «Исследование
перспектив использования модифицированных ионно-плазменной обработкой
полиуретанов для создания деформируемых биомедицинских изделий». Морозов И.А.,
Каменецких А.С., Беляев А.Ю., Щербань М.Г., Лемкина Л.М., Ерошенко Д.В. //
Вестник Пермского федерального исследовательского центра. –
2021. – № 4. – С. 19–30.
Редакция сайта РАН