Российские ученые и их зарубежные коллеги разработали биоматериал на основе полимера и углеродных нанотрубок, сочетающий в себе высокую прочность, эластичность и совместимость с организмом человека. Авторы предложили использовать его при создании сердечно-сосудистых имплантатов, например искусственных клапанов сердца и сосудов, способных выдерживать длительные нагрузки, создаваемые током крови. Статья опубликована в журнале Nanomaterials.
Сердечно-сосудистые заболевания занимают первое место в списке наиболее распространенных причин смерти в мире. Поэтому в хирургии крайне востребованы искусственные клапаны сердца и сосудистые протезы, которые позволяют восстановить нормальную работу органов и тканей. Материалы для имплантатов должны обладать значительной прочностью, эластичностью и химической стабильностью, чтобы не разрушаться и не терять свою функциональность в организме человека.
Еще одно требование — это биосовместимость, так как имплантаты не должны вызывать иммунный ответ и отторжение организмом. С этой точки зрения перспективно использование композитов, состоящих из углеродных нанотрубок и полимеров. Однако структуру композитов довольно сложно предсказать, поскольку часто во время синтеза углеродные нанотрубки, вместо того чтобы сшиваться с полимером, образуют связи между собой. Из-за этого образуются агломераты нанотрубок, снижающие качество получаемых материалов.
Коллектив российских ученых предложил модифицировать углеродные нанотрубки алифатическими аминами — азотсодержащими органическими молекулами, препятствующими их чрезмерному сшиванию между собой. За основу композитного материала ученые взяли производное медицинского полистирола и полиизобутилена — полимер, из которого производят лабораторную посуду. Это соединение безопасно и биосовместимо, но плохо переносит импульсные нагрузки, подобные биению сердца. Включение нанотрубок, обладающих высокой прочностью, позволяет преодолеть этот недостаток.
Сначала ученые обработали нанотрубки смесью кислот, чтобы активировать их для дальнейшего модифицирования. После их нагрели в объеме жидкого алифатического амина. В результате получились модифицированные частицы, несклонные к образованию агломератов. Затем раствор, содержащий нанотрубки, смешали с раствором полимера, обработали ультразвуком и после высушивания от растворителя получили композитные пленки с новыми уникальными свойствами.
Исследование микроструктуры нового материала подтвердило его однородность и отсутствие агломератов нанотрубок. Затем авторы проверили биосовместимость нанокомпозита, поместив на него клетки эндотелия человека. За трое суток материал не снизил жизнеспособность культуры. Эксперимент с растяжением показал, что прочность полученного композита в несколько раз превышает прочность ткани человеческого тела, что обеспечит надежность сердечно-сосудистых имплантатов.
«Мы определили, что оптимальное содержание углеродных нанотрубок в композите для сердечно-сосудистых имплантатов составляет 1–2%. Именно это значение обеспечивает одновременно прочность, эластичность и хорошую биосовместимость. В дальнейшем мы планируем создать опытные образцы имплантатов на основе предложенного композита и исследовать их в качестве моделей реальных медицинских изделий», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Евгений Овчаренко.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
