Подход към полимер биосъвместимост - Полимери медицински цели

Подходът за биосъвместимостта на полимера по отношение на физико-химичните свойства на повърхността

Полимерите се използват в медицината в различни посоки, в зависимост от тази промяна и изискванията към него, както и имотите, които те трябва да имат. биосъвместимост подход основно включва изясняване на качеството, в което, когато и по какъв начин трябва да се използва полимерен материал. В реферирани представяне такъв сложен въпрос и отговор могат да бъдат обобщени по следния начин.
Начин на употреба:
Използва се само веднъж. Многократното приложение. Използвайте като изкуствен орган на човешкото тяло. Използва се във връзка с лекарството на молекулярно ниво.

Продължителност на употреба:
В същото време. В краткосрочен план. Дългосрочна.
Повърхността на секцията фаза с biosubstantsiey:
Контакт между материала и организма отсъства (използване vneorgannoe). Полимер работи в контакт с повърхността на тялото (външна употреба). Еднократна контакт с тъканите на тялото (за вътрешна употреба). Еднократна контакт с кръв. Продължителната употреба в тялото в различни кинетични условия. Продължителната употреба на притока на кръв в различни степени на подвижност на полимера. Използване на молекулярно ниво в виво (като лекарството).
Особено голяма част от полимерни материали, които трябва да работят в контакт с кръв. От изкуствени тела от този вид са кръвоносните съдове.
клапани, сърце, pochka- ако говорим за медицинско оборудване и инструменти, следва да бъдат изброени инжекционни игли, контейнери за транспортиране на кръв, катетри за кръвоносните съдове и много други продукти, използвани в клиничната практика. В процеса на образуване на тромби на повърхността на чуждо тяло в контакт с кръв, включваща множество фактори. Последователността и кинетиката на тяхното действие са описани в глава 3. В най-общата форма на механизма на кръвосъсирването може да бъде представено чрез следната схема кинетична [9] (Схема 7).

схема 7
Известно е, че действието на ензими, които се разтварят фибрин, плазмин или fibrinolysin, вече образува съсирек в състояние да разреши. Като общо правило, толкова дълго, докато кръвта започва да тече от съдовете на раната, процес образуването на тромби се инициира. Въпреки това, на повърхността на изкуствени клапи, имплантирани в сърцето кухина (фиг. 62), изкуствено сърце помпата (фиг. 63), изкуствени кръвоносни съдове и други чужди вещества, тромби се образуват спонтанно. И тук възниква въпросът: какви са свойствата на тези вещества, които са най-тясно свързани с процеса на тромбоза? По-специално, то е важно да се знае как физико-химичните и други свойства на полимерната повърхност са свързани с образуването на кръвни съсиреци, и обратно, с антитромбогенна.
Фиг. 62. изкуствени клапи, имплантирани в сърцето.
Ляво - съчленен тип клапан, правото - топката.


Фиг. 63. кръвен съсирек оформена върху вътрешната повърхност на изкуствено сърце помпа незаети силиконов каучук.
Ретроспективна поглед на проучвания, свързани с определянето на повърхностните характеристики на абиотични материали, ясно разкрива две рязко различни посоки, две различни методи за подход към този въпрос. Първият фокусира върху характеристиките, такива като омокрящи повърхност, повърхностното напрежение, повърхност свободна енергия и други параметри се изчисляват от ъгъла на контакт (омокрящи ъгъл). Вторият подход се основава на електрическите характеристики на полимерен материал, такъв като повърхностен електрически заряд или сигма потенциал (област повърхностен заряд), базирани на динамична повърхност електроенергия.

Определяне на ъгъла на контакт

Известно е, че контактният ъгъл 0 е ъгълът, образуван от линия допирателна съставен от точката на контакт от трите фази (твърди, течни и газови) на повърхността филм от капчици течност върху твърда повърхност, и равнината на разделяне на фазите между течност и твърдо вещество. Два вида контактен ъгъл са показани на Фиг. 64. Очевидно е, че по-голям ъгъл 0 съответства на по-ниска степен на омокряне на твърда повърхност. Методи за определяне на контактните ъгли са добре известни [10].
Добър [11] показа, че въз основа на стойността на ъгъла 0 може да се сближи свободен повърхностна енергия ySo (ERG / cm2) на веществото. Изчислението се извършва съгласно формулата

където Yi - повърхностно напрежение на течната среда.
Малко по-късно, Lyman и сътр. [12] съобщава, че свободната енергия на повърхността на вещества, изчислени от тази формула, корелира добре с период на тромб при контакт с кръв такива вещества човешки или куче. Такъв модел е описан от графиките на фиг. 65.

Фиг. 64. Ъглите на омокряне на твърдо тяло течност.

По принцип, ако разделените твърди вещества са на нивото на повърхността на свободната енергия, получаваме следната картина. В силициев двуокис, неорганични соли, диамант и желязо ySo индикатор стойност е в границите 5000-500 ерг / cm2. Восък и органични полимери се характеризират ySo индекс в обхвата от 100-25 ERG стойности / cm2. В еднослойни вещества, които съдържат групи - CF3, и до каква степен ориентирана повърхност свободна енергия на 5 ерговете / cm2.
Характерно е, че изключително висока антитромбогенна различни флуорирани силициев диоксид (активна субстанция с ниско повърхностно напрежение), въглеродния материал, наречен «LTI Carbon» (ниска температура изотропно въглен) и се получава чрез калциниране на въглеводороди при температура от порядъка на хиляди градуса (Фигура ySo този материал достига средни стойности ), и други подобни вещества. Свободната повърхност на енергия се увеличава рязко порции където дефекти решетка са или извити точки концентрация стрес или накрая, краищата на изделия от полимери. При контакт на материала с кръвта, тази енергия е основен процес инициатор tromboobrazovatelnogo. В допълнение, той ускорява кръвосъсирването чрез адсорбция на вещества, потискащи коагулация и денатуриране на протеините. Въз основа на графика Tsismana [13] се определят стойностите на критичния повърхностното напрежение YC на за широка гама от високо soedineniy- може да се установи, че този параметър е в първо приближение равна на свободната повърхност енергия yso тези съединения и следователно има дълбока връзка с krovosvertyvayuschee способността на последната.

Фиг. 65. Зависимостта на време на съсирване на свободната повърхност енергия и критичното повърхностно напрежение на полимерния материал (наименование: тъмно триъгълник и кръг - периода до пълно коагулация, ин витро при 20 ° С светлина триъгълник - продължителност започване на тромби, ин виво при 37.5 ° C).
1 - polikaprolaktam- 2 - polietilentereftalat- 3 - полистирол 4 - polimetilmetakrilat- 5 - politriftoretilen- 6 - полиетилен 7-8 parafin- - незаети силиконов каучук-9-poligeksametilenadipamid- 10-11 politetraftoretilen- - polipropilendifenilenkarbonat.
Фиг. 66. Графика Tsismana за сегментиран полиуретан (14).

Фиг. 66 е графика, построена Tsismana Furusawa и сътр. [14] сегментиран полиуретан съгласно следната процедура. Първо, на повърхността на произволно избран твърд полимер се поставя капка от разтвора за изпитване се определя и ъгълът 0 smachivaniya- наричан нанасят защото 0 от YC на повърхностното напрежение на течността. Получава се по права линия, която се простира до точка, защото 0 = 1, а именно 0 = 0 °, и са идентифициран тип като величината на повърхностното напрежение YC. Този параметър (YC) се счита като индекс на присъщата способност на високо молекулно вещество. Беше съобщено, [15], че долната повърхност напрежение YC вещество, по-малко тромбоцити адхезията му повърхностно тази зависимост се потвърждава чрез схема, показана на фиг. 67.
Като цяло за хидрофобни полимери че се предполага, че ниското ниво на изпълнение Yso и Yc е трудно да се намокри с разтворител и с голяма трудност да се придържат компоненти на кръв, така че кръвните съсиреци към тях е трудно. През последните години е установено, че притежават добри антитромбогенни хидрофилни материали и вещества с microheterogeneous повърхност структура (например, сегментирани полиуретанова гъба или тефлон). По този начин, се оказа, че едва ли е възможно да се обяснят антитромбогенни свойства като такива само една повърхност на трудността на полимер омокряне.
Хамилтън и сътр. [16] конструирана устройство за определяне на ъгъла на омокряне на трикомпонентна система: октан - вода - твърдо вещество veschestvo- диаграма е показана на Фиг. 68. Експериментаторите се определят ъгъл 0 слама октанови твърди повърхности потопени във вода. Установено е, че стойността на желания ъгъл надвишава 50 °, увеличенията на хидрофилност и полимерния материал. като се използва формулата
48,3cos0 = (повърхностното напрежение) -
- (напрежение октан повърхност) - I8Wt

Фиг. 67. Зависимостта на тромбоцитна адхезия към повърхността на някои хидрофобни полимери от напрежението критичната повърхност (YC) на втория (15).
1 - поли (1,1-Digidroperftorbutilakrilat) - 2 - polibutilakrilat- 3 - politetraftoretilen- 4 - флуороетилен съполимер propilenom- 5 - 6- polidimetilsiloksan-

7-8 полиетилен - полистирен-9 - polietilentereftalat- 10-11 polivinilhlorid- - polinonametilenadipamid- 12-13 leksan- - полипропилен.
Можете да определите хидрофилност (параметър / SW) на редица висока корелация между индексите ВЕЩЕСТВО
и мустаци са дадени в таблица. 42. Ако политетрафлуоретилен, полиетилен и полипропилен стойност / SW е нула, тогава други полимери определена зависимост между параметри и 7в / SW не проследени.

Фиг. 68. Устройство за определяне на ъгъла на контакт в трикомпонентна система октан - вода - твърдо [16] (полимер).
Напоследък има детайли, състояща се в това, че веществото, чиято повърхност има microheterogeneous структура, са ефективни антитромбогенна [17, 18]. Matsumoto и сътр. [19] взети проби от сърцето и кръвоносните съдове интима и изчисляват ъгли 0 на омокрящи течни вещества с различно повърхностно напрежение след това се нанасят cos0 и YC, което се получава, Tsismana графики. Установено е, че се получава течности без директни водородни връзки, с тенденция към отрицателен наклон от 45 °, а водород свързан течността се оставя графика с положителен наклон. По този начин, беше установено, че най-вътрешната ципа на сърцето и кръвоносните съдове има хидрофилност както и хидрофобност, т.е., "двоичен" агент, при което хидрофобни сайтове критичен повърхностно напрежение е 29 дина / см, а на хидрофилно - .. Yc = 68 5 дини / см.

Таблица 42. Ъгълът на омокряне на трикомпонентна система октан - вода - твърдо вещество

Експерименталните резултати са довели до заключението, че тези стойности съответстват на химическата структура на повърхността на клетъчната мембрана. Освен това, същите учени са експериментирали с порест ПТФЕ (Gore-Tex), представляващо добри свойства на материала (експандиран политетрафлуоретилен), предназначени за изкуствени кръвоносни съдове. Тя е импрегниран с вода, и принудително изобразени Tsismana за него. Интерпретация на последната показва, че в относително тесни граници, само ограничен вид на течност без водородни връзки, тъй като повърхността на материала съвпада с интимата на естествени кръвоносните съдове и сърцето. Open остава въпроса дали дефинирани параметри експресиращи хидрофилни полимерни материали, по същия метод, т.е.. Е. Използване Tsismana график.
Байер и сътр. [20] съобщава, че материалите, критичен повърхностно напрежение, която варира от 20 до 30 дини / cm, най имат антитромбогенни.
Furusawa и сътр. [14] разлага повърхностното напрежение (у) в три компонента: дисперсия сили (те), диполен момент (Yb) и силата на водородни връзки - те са в състояние да покаже, че между трите характеристики: (мустаци / г), (Vc-Vb) и период на кръвосъсирването може да се види съвсем ясно корелация. Но дори и в този случай тя остава проблемът за това дали е възможно да се класифицира и да се определят всички детайли и тънкостите на взаимодействието на кръв с пластмасата само въз основа на истинската Мокрещата на последните. Разбира се, за валидността на такъв подход е доста съмнително и за решаването на проблема трябва да продължи да учи, не само в тази област, но също така и в анализа на взаимодействието на полимерни материали с плазмените протеини.