Modifikacija površin biokompatibilnih polimerov (RRP 4)

Modifikacija površin biokompatibilnih
polimerov
Ita Junkar, Miran Mozetič
CO PoliMaT
[email protected]
Ljubljana, 7. in 8. september 2011
Kazalo
Bolezni srca in ožilja
Biokompatibilnost
Eksperimentalno delo
Rezultati – vpliv plazemske obdelave na
lastnosti površine PET polimera
• Rezultati – vpliv plazemske obdelave na
biološki odziv
• Zaključki
•
•
•
•
Bolezni srca in ožilja
V razvitem svetu so bolezni srca in ožilja
najpogostejši vzrok obolevnosti in umrljivosti prebivalstva ter predstavljajo
enega največjih zdravstvenih problemov. Po svetu za tovrstnimi obolenji
letno umre 17,1 miljona ljudi. Samo v Evropi stroški zdravljenja bolnikov s to
boleznijo presežejo 200 milijard evrov letno.
arteriosklerozna
obolenja
bolezni srca
Umetne žile
Umetne žile najpogosteje narejene iz vlaken PET
polimera
100μm
Zadovoljiva biokompatibilnost, mehanske lastnosti
PROBLEM:
 umetne žile manjših premerov
(< 6 mm)
 predeli žil z nižjim pretokom
krvi
infekcije,
vnetne reakcije,
tromboza
Biokompatibilnost
“Biokompatibilnost je sposobnost pravilnega odziva materiala v
odnosu do gostitelja v specifičnih aplikacijah.”
Celice
Proteini
Površina
Omočljivost
Obdelava v plazmi
kemijska
struktura
topografija
kristaliničnost
Izboljšanje
biokompatibilnosti
• povečanje proliferacije endotelijskih
celic
• zmanjšanje adhezije trombocitov
Eksperimentalno delo
RF plazma
 Tlak = 75 Pa
 Moč = 200 W
 Temperatura elektronov = 4 eV
 Gostota ionov = 2·1015m-3
 Gostota nevtralnih kisikovih atomov =
4·1021m-3
 Gostota nevtralnih dušikovih atomov =
1·1021m-3
Kisikova in dušikova
plazma
PET
Modificirana površina
PET polimera
Analiza
površine
Biološki odziv
Proliferacija endotelijskih
celic (MTS)
 Adhezija trombocitov
(SEM)

Morfologija AFM, SEM
 Kemijska sestava (XPS)
 Omočljivost (WCA)

Materialne
lastnosti
 PET polimer Du Pont
(semikristaliničen)
 Umetne žile iz PET
vlaken (semikristaliničen)
Analiza površine z AFM in SEM
mikroskopom
AFM analiza:
• morfologija površine
• hrapavost površine
SEM analiza:
• morfologija površine
200 nm
MORFOLOGIJA POVRŠINE PET
polimera - AFM
7min
3min
Bohinj, 4.-5. junij 2009
Ra (nm)
Sa (nm)
HRAPAVOST POVRŠINE PET polimeraAFM
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
oxygen plasma
Kisikova
plazma treated
nitrogen plazma
plasma treated
Dušikova
Neobdelan
PET foil
untreated PET
0
20
40
60
80
100
120
140
Plasma
treatment time (s)
t (s)
160
180
Analiza površine z rentgenskim
elektronskim spektrometrom (XPS) in z
merjenjem kontaktnega kota vodne kaplice
XPS:
• zazna sestavo površine ~ 5 nm
v globino
• elementarna sestavo površine
• prisotnost funkcionalnih skupin
na površini
Merjenje kontaktnega kota:
• analiza vrhnjih monoplasti površine
• Hidrofilnost/hidrofobnost površine
• Mobilnost polarnih skupin na
površini
Kemijska sestava površine
Obdelava PET v dušikovi plazmi
Čas obdelave
C (at%)
O (at%)
N (at%)
O/C
N/C
0s
79.2
20.8
0
0.26
0
3s
63.5
24.3
12.2
0.38
0.19
10 s
62.8
25.2
12.0
0.40
0.19
30 s
60.2
26.1
13.7
0.43
0.23
60 s
61.7
23.0
15.3
0.37
0.25
90 s
60.1
26.2
13.6
0.44
0.23
Dosežemo
nasičenje
površine z
dušikom že
po 3s
obdelave
Obdelava PET v kisikovi plazmi
Čas obdelave
C (at%)
O (at%)
O/C
0s
79.2
20.8
0.26
3s
62.0
38.0
0.61
10 s
63.8
36.2
0.57
30 s
57.8
42.2
0.73
60 s
57.5
42.5
0.74
90 s
55.8
44.2
0.79
Dosežemo nasičenje
površine s kisikom
po 30s obdelave
Merjenje kontaktnega kota na PET
polimeru
Nasičenje z dušikom
(XPS)
80
Water
WCA contact angle
(deg)
Water contact angle
WCA (deg)
70
60
50
40
treatment
in oxygen
Kisikova
plazmaplasma
30
25
Dušikova
plazma
treatment
in nitrogen
plasma
20
Neobdelan
untreated
15
10
Logaritmično (treatment in nitrogen
plasma)
Logaritmično (treatment in oxygen
plasma)
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
PET
55
t (s)
Plasma treatment
time (s)
30
Nasičenje s kisikom
(XPS)
20
10
0
0
50
100
Kapljica se popolnoma razlije
150
200
250
t (s) treatment time (s)
Plasma
300
350
400
Biološki odziv na plazemsko obdelane
površine
Trombociti
SEM, AFM
analiza
MTS test
Zmanjšanje števila trombocitov na
površini pomeni boljšo
hemokompatibilnost površine
Adhezija trombocitov na površino PET
polimera
neobdelan
120
0.26
100
80
60
0.67
40
0.65
0.72
20
0.74
0.79
0
0,9
PET
PET 3s
PET 10s
PET 30s
PET 60s
PET 90s
0,8
0,7
0,6
O/C
Število
per 1000 μm 2
cells na
of celic
Number
Vpliv časa plazemske obdelave na
adhezijo trombocitov
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
20
40
60
80
Number
of platelets
Število
celic
100
120
Adhezija trombocitov na umetne žile
Neobdelane umetne žile
umetne žile obdelane v kisikovi plazmi 30 s
Zaključki
 Z vrsto plina uporabljenega za plazmo in s spreminjanjem
časa obdelave lahko dosežemo različno modifikacijo
površine (povečamo hrapavost, ustvarimo nove
funkcionalne skupine, povečamo omočljivost).
 Kisikova plazma zmanjša adhezijo trombocitov na PET
polimerih, kot tudi na umetnih žilah.
 Dušikova plazma poveča adhezijo trombocitov na PET
polimerih.
 Obdelava umetnih žil s kisikovo plazmo je perspektivna
metoda za izboljšanje biokompatibilnih/hemokompatibilnih
lastnosti umetnih žil.
Hvala.
CO PoliMaT, Tehnološki park 24, 1000 Ljubljana, Slovenia
T: +386 (0) 59081273, F: +386 (0) 59081279
E: [email protected],
I: http://www.polimat.si