БИОСОВМЕСТИМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭНДОПРОТЕЗОВ СОСУДОВ

Кадолич Ж.В., к.т.н., доцент
УО «Белорусский торгово-экономический
университет потребительской кооперации», г.Гомель
Зотов С.В., к.т.н.
ГНУ «Институт механики металлополимерных систем
им. В.А. Белого НАН Беларуси», г.Гомель
Цветкова Е.А., к.т.н., доцент


БИОСОВМЕСТИМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭНДОПРОТЕЗОВ СОСУДОВ


Разработка материалов, предназначенных для контакта со средой и тканями живого организма в ходе реализации задач реконструктивной медицины, представляет собой актуальную проблему. Эти материалы должны обладать комплексом характеристик, обеспечивающих высокую биосовместимость и стимулирующих регенерацию клеток в зоне имплантации.
Известно, что применяемые при тяжелых сердечно-сосудистых патологиях эндопротезы кровеносных сосудов, которые должны обеспечивать эффективное кровоснабжение, отличаются по базовому материалу и по технологии изготовления: они могут быть выполнены из синтетических материалов; из материалов биологического происхождения (ксеноэндопротезы и аллотрансплантаты на основе других тканей организма). Кроме того, они могут являться композитными системами; включать компоненты, подвергнутые физико-химическому модифицированию с целью повышения функциональной активности; быть импрегнированными составами биологической или небиологической природы; содержать нанесенные специально выращенные культуры клеток.
Среди материалов, не вызывающих аллергических и иммунных реакций, для работы был выбран базовый биосовместимый полимер – поливиниловый спирт. Объемно-структурированный композиционный материал получали путем формирования гидрогеля, включающего помимо поливинилового спирта воду, глицерин и специальный поверхностно-активный агент (антикоагулянт). Смесь этих компонентов обладает высокой концентрацией гидроксильных групп, которые участвуют в образовании межмолекулярных водородных связей с полярными молекулами растворителей и внутримолекулярных водородных связей друг с другом. В гидрогелях поливинилового спирта уже при небольшой концентрации полимера (3-5 % масс.) макромолекулы образуют стереохимически и термодинамически устойчивую пространственную сетку из структур кластерного типа, звенья которой соединены физическими либо химическими связями. Для стабилизации объемной структуры гелей применяли криообработку: она инициирует развитие криолитических процессов, которые сопровождаются деструкцией и до-полнительным структурированием полимера с образованием поперечных связей между макромолекулами. В результате формируются анизотропные криогели, надмолекулярная структура и механические свойства которых зависят от концентрации полимера и режимов криообработки. Для повышения прочности и биосовместимости криогелевой матрицы на основе поливинилового спирта использовали природный полисахарид – хитозан.
Экспериментальные образцы матрицы (пленки и трубчатые модели сосудов), полученные из комбинации вышеуказанных компонентов методом криогелизации, подвергали модифицированию в электрических полях по методике получения термо- и короноэлектретов для интенсификации поляризационных эффектов [1].
Установлено, что введение в гелевую композицию хитозана в сочетании с глицерином позволяет регулировать в широких пределах прочностные характеристики композиционного материала. Оптимальное содержание компонентов, обеспечивающих высокие прочностные характеристики при достаточной эластичности материала, соответствует содержанию поливинилового спирта от 3 до 7 % масс., хитозана в пределах от 1 до 10 % масс., глицерина – не выше 5 % масс. Модуль упругости композиций в указанных диапазонах концентраций компонентов изменяется от 0,20 до 1, 5 МПа, а деформация при растяжении достигает 400 %. Несмотря на воз-можность введения в композицию до 30 % глицерина, обеспечивающего очень высокую прочность и эластичность матрицы, его концентрация ограничена в связи с медицинскими показаниями.
Функциональную активность композиционного материала и его компонентов оценивали путем анализа электретных свойств методом термоактивационной токовой спектроскопии [2]. Факт протекания термостимулированных токов свидетельствует о существовании в исследуемых образцах явления электрической поляризации и о том, что в определенных температурных интервалах происходит деполяризация. Можно судить, что структура образцов, полученных из вышеуказанных коллоидных систем, предполагает участие в их формировании поляризационных механизмов, что напрямую связано с композиционным составом. Выделены группы токовых пиков в диапазонах 70-80 0С (низкотемпературные), 90-100 0С (среднетемпературные) и выше 110-120 0С (высокотемпературные). Они могут быть отнесены с рядом физико-химических процессов, инициируемых нагревом компонентов матрицы.
Таким образом, в исследуемых системах осуществляется многообразие вариантов связывания компонентов посредством различных по энергии водородных связей с образованием ассоциативных структур с различной термической стабильностью. Материал в связи с высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 3,0) способен сохранять поляризационный заряд во времени, т.е. является стабильным электретом. Путем варьирования рецептурного состава, условий криообработки и электрофизического модифици-рования свойства матрицы могут быть изменены в направлении, желательном с точки зрения обеспечения биосовместимости в контакте с тканями живых организмов. Композиционный материал моделирует биофизические свойства кровеносного сосуда за счет формирования водонерастворимого сшитого эластичного криогеля (с малой микронеровностью поверхности), электретного заряда (усиливает взаимодействия в системе, облегчает структурирование композита и обеспечивает биосовместимость), а также микропористой сетки, ячейки которой могут быть использованы для иммо-билизации лекарственных средств. Кроме того, можно предположить, что существование электретного заряда на внутренней поверхности искусственного сосуда при имплантации в организм человека будет способствовать повышению гемосовместимости и снижению тромбообразования в сердечно-сосудистой системе.

Список использованных источников

1. Электреты: пер. с англ. / под ред. Г. Сесслера.  М.: Мир, 1993. 487с.
2. Возможности термоактивационной токовой спектроскопии при изучении электрофизических свойств материалов / А.Г. Кравцов [и др.] // Материалы, тех-нологии, инструменты. – 2006. – № 2. – Т. 11. – С. 104-108.