УДК 544.64:621.039.83
Упрочнение полимерных материалов для баллонов, применяемых в сосудистой хирургии, методом радиационной прививочной полимеризации
Кафедра аналитической химии КемГУ
*****@***ru
В наше время сердечные заболевания являются одной из главных причин инвалидности и смертности населения, и в первую очередь ишемическая болезнь сердца (ИБС). Она вызывается сужением просвета коронарных сосудов из-за образования атеросклеротических бляшек, что приводит к нарушению кровообращения в сердечной мышце.
Современными малотравматичными методами лечения ИБС являются баллонная ангиопластика и коронарное стентирование. В ходе таких операций специальный катетер вводит баллон в сосуд к месту сужения. При ангиопластике склеротическая бляшка раздавливается надутым баллоном, а при стентировании с помощью баллона в месте сужения артерии устанавливается металлический каркас (стент).
Баллоны изготовляют из различных полимерных материалов, таких как нейлон, полиэтилен, полиэтилентерефталат и др. Они отличаются размерами и такими эксплуатационными характеристиками как рабочее давление и давление разрыва [1]. Имеющиеся на рынке баллонные катетеры характеризуются рабочим давлением 8-10 атм и давлением разрыва 12-16 атм. Давление в баллонах при испытаниях и при эксплуатации создается специальным прибором индефлятором.
Сложность сосудистой системы организма и возникающих при ее нарушениях хирургических проблем требует повышения уровня рабочего давления баллонов и, соответственно, увеличения их прочности при сохранении эластичности.
Одним из путей достижения этой цели является упрочнение полимерных стенок готовых баллонов. Для ее осуществления могут быть использованы методы радиационной прививочной полимеризации.
Существуют четыре основных метода радиационной прививки [2, 3]:
1) прямой метод (непосредственное облучение системы модифицируемый полимер – мономеры); 2) постполимеризация (введение мономеров в контакт с облученным в отсутствие воздуха полимером); 3) пероксидный метод (предварительное облучение полимера в атмосфере воздуха или кислорода и обработка его мономером в условиях разложения пероксидов и гидропероксидов); 4) сшивание смесей полимеров.
В качестве прививаемого материала выбран полиметилметакрилат, разрешенный к применению в изделиях медицинского назначения. Исследования проводились на пленках марок 6NY (нейлон - полиамидная пленка), РЕТ (полиэтилентерефталат) и LDPE (полиэтилен высокого давления), используемых в производстве баллонов для стентирования.
В работе исследованы три метода проведения процесса: сшивания смесей полимеров; прямой метод прививочной полимеризации и пероксидный метод.
По методу сшивания смесей полимеров прививочную полимеризацию осуществляли в два этапа: на первом этапе полимерная пленка помещалась в 1%-ный раствор полиметилметакрилата (ПММА) в метилметакрилате (ММА) на 20 минут, после чего извлекалась, высушивалась от мономера и подвергалась γ-облучению Со60 на установке МРХ - γ-20 (поглощенная доза 2,5 – 4,5 Мрад). На однократно привитых пленках проводили повторную полимеризацию ПММА. После облучения пленку отмывали в ММА, высушивали и определяли прочность на разрыв (s, МПа) и растяжение при проколе (деформируемость - e, %) (разрывная машина МРБ – 30). Расчет деформационно-прочностных характеристик проводили по формулам:
и 
где: P – нагрузка при которой образец рвется, кг/см2; h – толщина образца, мм; d, D – диаметр рабочей зоны (4 мм); kσ = 1,1 и kε = 2,2 – нормировочные коэффициенты, зависящие от диаметра индентора (прокалывающего устройства); l – удлинение до разрыва (прокола), мм.
Результаты испытаний радиационно-модифицированных ПММА (по методу сшивания смесей полимеров) полимерных пленок представлены на рис. 1.
Рис. 1. Результаты исследования прочности на разрыв и растяжения при проколе
модифицированных пленок
Полученные результаты свидетельствуют об увеличении прочности пленок при выбранных условиях модифицирования, особенно с двукратным покрытием ПММА, до 20 – 30 % в зависимости от материала. Улучшение показателя деформируемости при таком способе прививки наблюдается только для полиэтиленовых пленок (до 14 %).
В настоящее время прямым методом модифицировали только нейлон марки 6NY. Исследуемый образец подготовленной пленки предварительно облучали в жидком ММА при комнатной температуре с подавлением процесса гомополимеризации. На завершающей стадии облучение проводили при разной поглощенной дозе в инертной атмосфере. При использовании выбранных условий прямого метода прививки наблюдается увеличение прочности модифицированной пленки, зависящее от поглощенной дозы γ-излучения. При дозе ~1,8 Мрад σ возрастает более чем на 50 %, а ε более чем на 20 %, достигая ~ 40 % при дозах до 5 Мрад. Выше 5 Мрад эффективность модифицирования заметно снижается, что можно объяснить процессами деструкции ПММА.
Пероксидным методом [2] проведено исследование пленок 6NY и РЕТ. Полимерная пленка, предварительно обезжиренная, облучалась на воздухе при разных поглощенных дозах (0,6-3 Мрад), а затем нагревалась в мономере при 70 0С от 20 мин до 2-х часов. Предполагается, что при этом происходит разложение перекисей и полимеризация по радикальному механизму. Количество прививаемого мономера контролировали привесом по массе, который достигает 4 %. Но улучшения прочностных характеристик не наблюдается. Это можно объяснить тем, что образующиеся перекиси и гидроперекиси инициируют полимеризацию, но при этом разрушают структуру пленки.
Радиационная прививка ПММА к исследуемым полимерным пленкам подтверждена изменениями в ИК – спектрах: в области 1730 см-1, появляется полоса, характерная для сложноэфирной группы метилметакрилата.
Выбранные условия радиационной прививки, приводящие к повышению прочности полимерных пленок, можно апробировать на готовых изделиях – баллонах для стентирования.
Литература:
1. Баллонные катетеры [Электронный ресурс] – Электрон. текстовая прогр. - http://jomedica. ru/bluemedical/forcenc 12.10.11.
2. Иванов, химия полимеров [Текст]: Учебное пособие для вузов / . – Л.: Химия, 1988. – 320 с.
3. Круль, в синтезе привитых материалов методами радиационной прививочной полимеризации [Текст] / , // Успехи химии. - 1990. – Т.59.- Вып. 5. – С. 807-826.
Научные руководители – к. х.н., доцент , науч. сотр. ПНИЛ СТТ
