Плазмохимическое модифицирование полимерных материалов, предназначенных для сердечно-сосудистой хирургии, с целью управления степенью смачиваемости

Abstract

Полимерные материалы характеризуются низкими значениями поверхностной энергии, плохо смачиваются растворителями и склеиваются, имеют низкую адгезию к материалам и прочие недостатки. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания определенных поверхностных свойств полимерных протезов, используемых в сердечно-сосудистой хирургии, для повышения био- и гемосовместимости. Одним из наиболее перспективных и современных методов модифицирования поверхности полимеров является воздействие низкотемпературной плазмы. Современные плазмохимические методы имеют преимущества по сравнению с химическим модифицированием, при котором используются агрессивные реагенты и их соединения. Цель работы: изменение поверхностных свойств полимерных материалов, предназначенных для сердечно-сосудистой хирургии, методами плазмохимического модифицирования. Методы исследования: использована современная технология изготовления полимерных изделий - метод электроспиннинга, позволяющий получать пористые структуры, добавлять в них живые клетки и активные вещества. Выбран экологически и химически безопасный метод воздействия на поверхность материала - плазмохимическое модифицирование, не оказывающее влияние на его объемные физические свойства. Модифицирование осуществлялось на разработанной в лаборатории № 1 ИФВТ ТПУ электродной системе с предионизатором (руководитель - Ремнев Г.Е.). Результаты: предложен способ управления поверхностными свойствами полимерных изделий, ответственными за степень смачиваемости и свободную энергию поверхности. Показано, что плазмохимические методы воздействия газового разряда на поверхность полимерных материалов позволяют регулировать их контактные свойства. Основные изменения степени смачиваемости происходят в течение короткого времени воздействия импульсной плазмы атмосферного давления на поверхность полимерного материала (от одной до шестидесяти секунд). Значения краевого угла смачивания для модифицированных полимеров зависят от природы газовой среды и условий обработки в плазме. Изменяя мощность и частоту следования импульсов и время обработки, можно управлять свободной энергией поверхности, что позволяет регулировать смачиваемость, делая поверхность в большей степени гидрофобной, либо гидрофильной.

Polymeric materials are characterized by low values of the surface energy; they are poorly wetted by solvents, and have low adhesion to different materials and other disadvantages. The relevance of the work stems from the need to develop specific surface properties of the polymer prostheses used in cardiovascular surgery, to increase the biocompatibility and hemocompatibility. One of the most promising and modern methods of surface modification of polymers is the impact of low-temperature plasma. Modern plasma-chemical methods have some advantages in comparison with chemical modification, where aggressive reagents and their compounds are used. The main aim of the research is to change surface properties of polymer materials for cardiovascular surgery by the plasma chemical modification methods. The research methods: The authors have applied the modern technology of polymer compositions manufacture. This is electrospinning method, which allows obtaining porous structures, adding cells and active substances. The authors selected environmentally and chemically safe impact method to the surface of the obtained products. This is plasma chemical modification, which doesn't influence the physical properties of the final product. Modification was carried out on the electrode system with preionizers, which was developed by the laboratory № 1 of the Institute of Physics High Technologies at Tomsk Polytechnic University (head of the development is Remnev G.E.). The results: The authors proposed the method of handling the surface properties of polymer products, which are responsible for wettability and surface free energy. It was shown that plasma-chemical methods of gas discharge influence on polymeric material surface allow regulating their contact properties. The main changes in wettability degree occur within a short exposure time of pulsed plasma at atmospheric pressure on polymeric material surface (from one to sixty seconds). The values of wettability contact angle for the modified polymers depend on gaseous medium nature and handling conditions in plasma. Changing pulse power and repetition rate and the processing time it is possible to control surface free energy, which allows adjusting wettability, making the surface more hydrophobic or hydrophilic.