Исследование перспектив использования модифицированных ионно-плазменной обработкой полиуретанов для создания деформируемых биомедицинских изделий
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2021.4.2Ключевые слова:
ионно-плазменная обработка, полиуретан, поверхность, деформация, протеины, бактерииАннотация
Плазменная обработка является перспективным методом модификации материалов. Однако деформация может привести к повреждению таких поверхностей. Упругие полиуретаны (модуль упругости до 30 МПа) обрабатывали иммерсионной плазменной имплантацией ионов азота с энергией ионов от 0,1 до 3 кэВ. Материалы исследовали методами атомно-силовой микроскопии, спектроскопией, измеряли смачиваемость и свободную энергию поверхности. Проводили механические одноосные испытания, после чего повторно исследовали поверхности. Исследовали сорбцию протеинов и бактерий, в том числе на поврежденных поверхностях. В результате обработки с энергией ионов от 1 кэВ рельеф становится складчатым, существенно повышаются жесткость и смачиваемость поверхности; снижается адгезия как грамположительных (стафилококк), так и грамотрицательных (кишечная палочка) бактерий. Одноосная деформация ведет к образованию на обработанных поверхностях трещин. Такие изменения провоцируют рост бактерий до величин, превышающих их количество на необработанных материалах. Использование более низких энергий обработки (до 0,5 кэВ) привело к незначительному увеличению жесткости модифицированного слоя (в 1,5 … 2 раза по сравнению с необработанным материалом), что позволило избежать повреждения поверхности при растяжении. Благодаря увеличению свободной энергии поверхности обработанные материалы показали улучшенную сорбционную активность к протеину - альбумину; количество бактерий снизилось. Все изменения поверхности (влияние обработки, повреждения) имеют корреляцию как со свойствами исходного полимера, так и с режимом обработки
Библиографические ссылки
- Осоргина И.В., Порозова С.Е., Плаксин С.А., Морозов И.А. Влияние длительной экспозиции в организме на состояние полиуретановых оболочек маммапротезов // Медицинская техника. – 2016. – № 1. – С. 45–49.
- Alves P., Pinto S., de Sousa H.C., Gil M.H. Surface modification of a thermoplastic polyurethane by low-pressure plasma treatment to improve hydrophilicity // Journal of Applied Polymer Science. – 2011. – Vol. 122. – № 4. – P. 2302–2308.
- Beliaev A., Svistkov A., Iziumov R., Osorgina I., Kondyurin A., Bilek M., McKenzie D. Modelling of the mechanical behavior of a polyurethane finger interphalangeal joint endoprosthesis after surface modification by ion implantation // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 123. – Article ID 012001.
- Cammarata R.C., Trimble T.M., Srolovitz D.J. Surface stress model for intrinsic stresses in thin films // Journal of Materials Research. – 2000. – Vol. 15. – № 11. – P. 2468–2474.
- Kondyurina I., Nechitailo G.S., Svistkov A.L., Kondyurin A., Bilek M. Urinary catheter with polyurethane coating modified by ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2015. – Vol. 342. – P. 39–46.
- Morozov I.A., Mamaev A.S., Bannikov M.V., Beliaev A.Yu., Osorgina I.V. The Fracture of Plasma- Treated Polyurethane Surface under Fatigue Loading // Coatings. – 2018. – Vol. 8. – № 2. – P. 75–1–11.
- Morozov I.A., Mamaev A.S., Osorgina I.V., Beliaev A.Y., Izumov R.I., Oschepkova T.E. Soft polyurethanes treated by plasma immersion ion implantation: structural-mechanical properties of
surface modified layer // Journal of Applied Polymer Science. – 2018. – Vol. 135. – № 11. – P. 45983.Morozov I.A., Mamaev A.S., Osorgina I.V., Lemkina L.M., Korobov V.P., Belyaev A.Yu., Porozova S.E., Sherban M.G. Structural-mechanical and antibacterial properties of a soft elastic polyurethane surface after plasma immersion N2+ implantation // Materials Science &
Engineering C. – 2016. – Vol. 62. – P. 242–248. Panchuk D.A., Sadakbaeva Z.K., Bagrov D.V., Kechek’yan A.S., Bol’shakova A.V., Abramchuk S.S., Yarysheva L.M., Volynskii A.L., Bakeev N.F. Specific features of surface structuring during deformation
of plasma-treated polymer films // Polymer Science Series A. – 2010. – Vol. 52. – № 8. – P. 794–800. Stüber M., Niederberger L., Danneil F., Leiste H., Ulrich S., Welle A., Marin M., Fischer H. Surface Topography, Surface Energy and Wettability of Magnetron-Sputtered Amorphous Carbon (a-C) Films and Their Relevance for Platelet Adhesion // Advanced Engineering Materials. – 2007. – Vol. 9. – № 12. – P. 1114–1122.Tsougeni K., Tserepi A., Boulousis G., Constantoudis V., Gogolides E. Control of Nanotexture and Wetting Properties of Polydimethylsiloxane from Very Hydrophobic to Super-Hydrophobic by Plasma Processing // Plasma Processes and Polymers. – 2007. – Vol. 4. – № 4. – P. 398–405.Volynskii A.L., Panchuk D.A., Sadakbaeva Z.K., Bol’shakova A.V., Kechek’yan A.S., Yarysheva L.M., Bakeev N.F. Formation of a regular microrelief in deformation of plasma-treated polymer films // Doklady Physical Chemistry. – 2009. – Vol. 427. – № 2. – P. 133–135.
