Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

20 октября 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

Продолжаем рассказ о сферах применения пластиков, которые по широте эксплуатации уже устойчиво вышли на первое место в сравнении с другими материалами, например, металлами. В прошлый раз мы рассматривали ортопедическое применение полимерных композиций. Также полимерные биоматериалы находят свое применение и в производстве искусственных заменителей органов сердечно-сосудистой системы. Примеры применения включают протезы сердечного клапана, сосудистые трансплантаты, стенты, постоянные катетеры, вспомогательные устройства для желудочков, искусственный сердечный имплант, кардиостимуляторы, автоматический внутренний дефибриллятор кардиовертера, внутриаортальный баллонный насос и другие. Ключевым требованием к материалам в применениях для сердечно-сосудистой системы, особенно к устройствам, контактирующим с кровью, является совместимость с кровью, то есть нетромбогенность. Дополнительные требования включают механические и поверхностные свойства, зависящие от области применения. Исследование области полимеров, используемых в сердечно-сосудистых приложениях, показывает, что полиуретаны, полиэтилентерефталат (ПЭТ) и вспененный ПТФЭ (ePTFE) являются наиболее распространенными. В этой части будет рассмотрен каждый из трех полимеров, а затем кратко представлены другие новые полимеры для использования в области лечения сердечно-сосудистых заболеваний.

Полиуретаны являются одними из наиболее часто выбираемых биомедицинских полимеров для медицинских устройств, контактирующих с кровью. Они могут быть найдены в емкостях для крови для гемодиализа, катетерах, стентах, изоляции для кардиостимуляторов, сердечных клапанах, сосудистых трансплантатах и пластырях, вспомогательных устройствах левого желудочка (LVAD). Их свойства определяются простым варьированием типа и / или молекулярной массы мягкого сегмента и связывающих агентов. Уретановая связь в биомедицинских полиуретанах может быть образована посредством двухэтапного процесса. Начальная стадия представляет собой реакцию, включающую блокирование концов мягких сегментов макродиола (например, полиэфира, сложного полиэфира, поликарбоната и полисилоксана) с диизоцианатом с образованием форполимера. Вторая реакция представляет собой сочетание форполимера с удлинителем цепи с низкой молекулярной массой, обычно с диолом или диамином. Жесткий сегмент обычно относится к комбинации удлинителя цепи и диизоцианатных компонентов. Из-за химической несовместимости между мягкими и твердыми сегментами морфология полиуретанов состоит из агрегации твердых сегментов с образованием доменов, которые распределены в полимерной основе, образованной мягкими сегментами. Такая уникальная морфология обеспечивает исключительные механические свойства и биосовместимость медицинских полиуретанов. Например, в зависимости от относительной молекулярной массы и количества жесткого и мягкого сегментов полученный полиуретан может быть эластомерным или жестким.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

Механические свойства полиуретана также могут быть изменены путем изменения химической природы удлинителя цепи. Как правило, полиуретаны, полученные с удлинителем алифатической цепи, более мягкие, чем полиуретаны с удлинителем ароматической цепи. Биосовместимость полиуретанов также тесно связана с химической природой удлинителя цепи и мягкого сегмента. Ранние исследования показали, что изменения молекулярной массы мягких сегментов влияют на адсорбцию белка. Лизиндиизоцианат и гексаметилендиизоцианат предпочтительнее ароматических диизоцианатов при синтезе биоразлагаемых полиуретанов отчасти из-за предполагаемой канцерогенной природы ароматических диизоцианатов. В недавних исследованиях сообщалось об использовании природных полимеров, таких как хитин и хитозан, в качестве удлинителя цепи для улучшения биосовместимости полиуретанов. Биостойкость была и остается основным направлением исследований полиуретанов. В зависимости от предполагаемого медицинского применения желаемая биостойкость полиуретана варьируется. Например, полиуретаны, используемые в качестве покрытия для проводов кардиостимуляторов, должны обладать превосходной долговременной стабильностью, тогда как полиуретаны, используемые в качестве каркаса для создания сконструированной тканевой конструкции для замещения пораженных сердечно-сосудистых тканей, должны быть биоразлагаемыми.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

Проблема сохранения длительной биостабильности полиуретанов заключается в том, что биодеградация полиуретанов является сложным и многофакторным процессом. Механизмы, ответственные за биоразложение полиуретанов, включают гидролиз, окислительную деструкцию, катализируемую металлами или клетками, ферментативную деградацию, растрескивание поверхности, растрескивание под воздействием окружающей среды и кальцификацию. Хорошо известно, что полиуретаны, содержащие мягкие полиэфирные сегменты, обладают плохой гидролитической стабильностью, а полиуретаны с полиэфирными мягкими сегментами склонны к окислительной деструкции. На основе ценной информации, собранной в результате обширных исследований молекулярных путей, ведущих к биоразложению полиуретанов, с годами были разработаны более биологически устойчивые полиуретаны. Эти стратегии включают использование поликарбонатных макродиолов, простых полиэфирных макродиолов с более крупными углеводородными сегментами между простыми эфирными группами и макродиолов на основе силоксана. С другой стороны, биорезорбируемые полиуретаны привлекают все большее внимание в качестве эластомерных каркасов тканевой инженерии. Для этого класса полиуретанов чаще всего используются мягкие сегменты, такие как полилактид или полигликолид, поликапролактон и полиэтиленоксид.

Чувствительные к ферментам связи были включены в жесткий сегмент, что привело к специфической ферментативной деградации в отличие от неспецифической гидролитической деградации. Еще одно интересное дополнение к жестким сегментам — это биоактивная молекула, такая как антимикробный препарат. Таким образом, разложение полимера приведет к высвобождению свободного лекарственного средства, что делает этот класс полиуретанов очень привлекательным для биомедицинских приложений. Далее рассмотрим такой важный член семейства инженерных полиэфиров, как ПЭТ или полиэтилентерефталат (также известный, как ПЭТФ). Это полукристаллический полимер, который используется в промышленности для производства синтетических волокон и контейнеров для напитков и пищевых продуктов. В области медицины ПЭТ широко используется в качестве протезных сосудистых трансплантатов, швов и для перевязки ран в виде волокон или ткани (коммерчески известной как дакрон). Несмотря на присутствие гидролитически расщепляемой сложноэфирной связи, ПЭТ относительно стабилен, в значительной степени благодаря высокой кристалличности и гидрофобности. Это один из двух стандартных биоматериалов для протезных сосудистых трансплантатов, используемых в клинической практике. Он широко используется для сосудов большего диаметра (диаметром более 6 мм).

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

ПЭТ для сосудистых применений может быть изготовлен в виде тканого или трикотажного материала, что будет определять пористость и механические свойства трансплантата. Как правило, тканая отделка имеет небольшую пористость, что снижает вероятность возникновения проблем с кровообращением. Сосудистый трансплантат из дакрона прочный и жесткий и гораздо менее эластичный, чем естественные артерии. Такое несоответствие считается причиной потери проходимости трансплантата в течение длительного периода времени (более 6 месяцев). Другое серьезное осложнение, связанное с трансплантатом ПЭТ, — его тромбогенность. Когда трансплантат входит в контакт с кровью, белок плазмы адсорбируется на поверхности просвета и капсулы, что приводит к образованию тромба и воспалительной реакции. Были изучены различные стратегии, чтобы сделать поверхность трансплантата устойчивой к тромбообразованию, включая пассивирование поверхности альбумином, покрытие фторполимером, гидрофильным полимером, ковалентное или ионное связывание антикоагулянта гепарин-альбумин, ковалентное связывание антитромботического агента тромбомодулина и многое другое. Хотя сообщалось о некоторых улучшениях в отношении острого тромбоза, предстоит еще пройти долгий путь для достижения удовлетворительной долгосрочной функциональности сосудистых трансплантатов на основе ПЭТ.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад