06.03.2024 г.
Исследователи из МФТИ, ОИВТ РАН и ИБХФ РАН при участии коллег из ИГХТУ разработали новый способ повышения биосовместимости полимерных материалов с помощью пучково-плазменных технологий. Предложенный способ основан на использовании низкотемпературной сильнонеравновесной гибридной плазмы, которая генерировалась при одновременном воздействии на плазмообразующую среду непрерывного дорелятивистского электронного пучка и емкостного ВЧ-разряда.
Модификация органических полимеров в гибридной плазме позволяет улучшать их совместимость с клетками и тканями живого организма, что было показано на примере полиэтилентерефталата, который широко применяется в медицине для создания материалов для протезирования. После воздействия гибридной плазмы поверхность полимера показала хорошую биосовместимость с фибробластами человека линии BJ-5ta, а также более низкую гемолитическую активность, чем необработанный полиэтилентерефталат.
Органические полимеры и материалы на их основе широко используются в современной медицине. Однако из-за, как правило, низких значений поверхностной энергии полимеры плохо смачиваются водой, имеют низкую адгезию к подложкам и покрытиям, биологически активным молекулам, эукариотическим клеткам и тканям организма человека. По этой причине при использовании полимеров и пластмасс часто необходимы их предварительная модификация и функционализация, поэтому создание новых эффективных технологий изменения свойств полимерных материалов приобретает особую актуальность.
Воздействие на полимеры низкотемпературной плазмы является одним из наиболее перспективных способов модификации поверхности полимеров. По сравнению с распространенными газовыми разрядами гибридная плазма обладает дополнительными преимуществами — возможностью практически безынерционного управления с помощью электронного пучка геометрией и свойствами плазменного облака, а также потоками активных частиц плазмы, падающими на поверхность обрабатываемого материала. Реакционный объем гибридной плазмы имеет высокую однородность и устойчивость к контракции. К преобладающим в газоразрядной плазме химически активным возбужденным частицам добавляются не менее активные ионы, в значительных количествах нарабатываемые электронным пучком. Перечисленные особенности делают гибридную плазму чрезвычайно интересной и перспективной для получения полимеров с улучшенными физико-химическими характеристиками и биосовместимостью.
С помощью разработанного метода на полимерных поверхностях могут быть получены структурированные паттерны или плавные градиенты физико-химических и/или функциональных свойств. Также использование гибридной плазмы открывает новые возможности к модификации и улучшению биосовместимости полимерных конструкций со сложной формой, например, имплантатов для остеосинтеза. Авторы подробно обсуждают конструкцию электронно-пучкового реактора, особенности, преимущества и перспективы гибридной плазмы для функционализации поверхности полимеров, способы управления процессом модификации. Также описаны свойства полученных полимерных поверхностей, важные для использования в биологии и медицине: гидрофильность, цитотоксичность, биосовместимость с клетками соединительной ткани и крови.
Результаты опубликованы в журнале Polymers и изложены в статье «Как смочить полимер» издания «Коммерсантъ» («Ъ-Наука»).
Vasilieva, T.; Nikolskaya, E.; Vasiliev, M.; Mollaeva, M.; Chirkina, M.; Sokol, M.; Yabbarov, N.; Shikova, T.; Abramov, A.; Ugryumov, A. Applicability of Electron-Beam and Hybrid Plasmas for Polyethylene Terephthalate Processing to Obtain Hydrophilic and Biocompatible Surfaces. Polymers *2024,* 16, 172. DOI: 10.3390/polym16020172
Рисунок. Модификация полиэтилентерефталата в гибридной плазме изменяет его поверхностные свойства и повышает биосовместимость с клетками.
