Многослойные композитные материалы для
сосудистой и кардиохирургии
Автор проекта
Шевелева Екатерина
10 класс
Научный руководитель
Лузгарев Сергей Валентинович, к.х.н., доцент, зав. кафедрой фундаментальной и прикладной химии Института фундаментальных наук КемГУ, преподаватель ЦДНТ "Интеллектуал КемГУ", г. Кемерово (Кемеровская область)
Цель проекта
Получение многослойных композитных материалов на основе биосовместимых полимеров и сополимеров и оценка их физико-механических свойств.
Краткое описание проекта
В связи с ростом количества сердечно-сосудистых заболеваний все более востребованными становятся медицинские изделия, выполненные на основе полимерных материалов и способные заменять вышедшие из строя органы и ткани. Но жизнь после таких операций требует ряда ограничений. Например, пациент с искусственным клапаном сердца вынужден постоянно принимать антитромботические препараты, иначе протез быстро затромбируется, и потребуется его экстренная замена. Медицинские изделия для сосудистой и кардиохирургии должны отвечать основным требованиям, таким как биостабильность, гемосовместимость и отсутствие иммунного ответа со стороны организма. Особое значение имеет высокая механическая прочность материала как раз для таких медицинских изделий, как сосудистые заменители и материал для клапанов сердца. Наиболее перспективными полимерными материалами являются сополимеры и композиты, объединяющие положительные свойства нескольких классов химических веществ. В результате исследования на основе фотохимической технологии были получены следующие многослойные композитные материалы: 1) триблок-сополимер стирол-изобутилен-стирол (SIBS) – полидиметилсилоксановый каучук СКТ; 2) полиэтилен (PE) – полидиметилсилоксановый каучук СКТ; 3) полипропилен (PP) – полидиметилсилоксановый каучук СКТ; 4) полиакриловая кислота (PAA) – полидиметилсилоксановый каучук СКТ. Комбинация структурных фрагментов различного типа позволяет получить соединения с комплексом уникальных свойств: необходимой биостабильностью, гемосовместимостью, улучшенными физико-механическими характеристиками по сравнению с гомополимерами. Таким образом, медицинские изделия на основе многослойных композитных полимерных материалов имеют перспективы успешного применения в клинической практике и могут позволить решить проблему недостаточно высокой прочности, ограниченной долговечности протезов, исключить необходимость пожизненного приема антикоагулянтов, требующихся при имплантации различных механических устройств.
Результаты проекта
1. Установлено, что фотохимический способ получения многослойных композитных материалов реализуется в мягких условиях отверждения: температура – до 50 оС, небольшая длительность процесса – до 120 мин., низкая концентрация и нетоксичность фотоинициатора.
2. Изучено строение полученных композитных материалов, выполнена оценка прочностных свойств.
3. Проведено модифицирование поверхности композитных материалов веществами с антитромботическим и противовоспалительным действиями.
4. Предложена схема технологического процесса получения многослойных композитных материалов, в том числе и на основе готовых изделий или полуфабрикатов различных форм.
Дальнейшее развитие проекта
1. Дополнительное исследование цитотоксичности, биосовместимости, кальцификации, гемосовместимости (степени гемолиза и агрегации тромбоцитов), которое позволит вынести объективное заключение о возможности медицинского применения многослойных композитных материалов.
2. Создание многослойных нанокомпозитов на основе биосовместимых полимеров и углеродных наночастиц для применения в кардиохирургии.