Как смочить полимер

Как смочить полимер

Перспективы гибридной плазмы, созданной воздействием электронного пучка

Исследователи из МФТИ, ОИВТ РАН и ИБХФ им. Н. М. Эмануэля РАН при участии коллег из ИГХТУ разработали новый способ повышения биосовместимости полимерных материалов с помощью пучково-плазменных технологий.

Модификация полиэтилентерефталата в гибридной плазме

Фото: д.т.н. Т.М. Васильева, проф. МФТИ; к.х.н. Е.Д. Никольская, с.н.с. ИБХФ РАН

Предложенный авторами способ модификации органических полимеров 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.

Результаты опубликованы в статье «Applicability of Electron-Beam and Hybrid Plasmas for Polyethylene Terephthalate Processing to Obtain Hydrophilic and Biocompatible Surfaces» в журнале Polymers издательства MDPI.

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.

Работа выполнена при финансировании Российского научного фонда (грант №21-79-30062) и поддержке индустриального партнера АО ТВЭЛ (Nonnuclear Industry R&D Department), отдел исследований и разработок неядерной промышленности.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки, использованы материалы статьи.