ПОЛИМЕРЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ПОЛИМЕРЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

По воздействию на организм полимеры можно разделить на биоинертные и биологически активные. Каждая из этих групп, в свою очередь, может включать в себя биосовместимые и бионесовместимые полимеры. Биосовместимыми являются полимеры, применение которых не оказывает вредного воздействия на людей или животных за счет их полного выведения или постепенного растворения или деструкции в организме (поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, полиакриламиды и др.). Бионесовместимые полимеры это вещества, вызывающие поражения тканей организма (полиантрацены, некоторые полиамиды, фенолформальдегиды и многие др.). И, наконец, к биологически активным полимерам относятся полимерные лекарственные вещества направленного действия.

Подавляющее большинство полимерных материалов биомедицинского назначения функционируют в прямом или косвенном контакте с организмом, в связи с чем к ним предъявляются очень строгие требования. Независимо от вида и области применения в медицине полимерных материалов все требования можно разделить на две категории, а именно, безопасность или биосовместимость и функциональность. Уровень требований первой категории повышается в следующем классификационном ряду полимерных материалов: I - полимеры, не имеющие непосредственного контакта с организмом /предметы ухода за больными/, 2 - материалы, контактирующие с тканями организма или с веществами, которые в него вводятся /катетеры, зонды, дренажные трубки и др./, 3 - материалы, предназначенные для введения в организм /искусственные органы, шовный материал и др. Вторая, не менее важная категория требований - функциональность или биофункциональность - подразумевает способность материала выполнять требуемые механические, физические, биохимические или фармакологические функции. Они характеризуются такими свойствами как прочность, эластичность, электросопротивление, оптическая прозрачность, проницаемость и другими специфическими свойствами.

Среди важнейших общих требований ко всем биосовместимым полимерным материалам - минимальное, содержание в их составе токсичных низкомолекулярных примесей, способных мигрировать в контактирующие среды, вызывая интоксикацию организма. Природа низкомолекулярных примесей достаточно разнообразна. В случае синтетических полимеров - это могут быть остаточные продукты процесса синтеза /мономеры, растворители, катализаторы и побочные продукты реакций/, в случае НЛ и БК - некаучуковые примеси природного характера, а также добавки, вводимые в процессе их получения и обработки /стабилизаторы, коагулянты и т.п./. Основное количество низкомолекулярных добавок вводится в полимерные материалы в процессе их переработки в изделия /пластификаторы, антиоксиданты, наполнители, красители, сшивающие агенты и др./. Кроме того, переработка полимерных материалов при высоких температурах может способствовать их загрязнению продуктами термической и термоокислительной деструкции. Вредные. вещества могут накапливаться в полимерных материалах и на стадии готовых изделии при воздействии различных стерилизующих сред /УФ- и ионизирующего излучения, автоклавирования, обработки окисью этилена и др./.

Одним из эффективных способов обработки эластомерных материалов и изделий медицинского назначения с целью удаления низкомолекулярных компонентов является отмывка, которая широко используется в производстве латексных и резиновых изделий. Отмывка улучшает их биосовместимость, функциональные свойства, такие как физико-механические показатели, стойкость к воздействию водных и биологических сред, прозрачность, предотвращает процессы выцветания ингредиентов. В качестве экстрагентов используют, воду, водные растворы детергентов и соединений, увеличивающих эффективность отмывки одного или нескольких веществ, а также смеси органических растворителей. Эффективность отмывки зависит от продолжительности, температуры, скорости потока или кратности обмена экстрагента. В зависимости от вида материала и способа его переработки эта операция проводится на промежуточной или завершающей стадиях технологического процесса. Влияние отмывки на санитарно-химические и физико-механические свойства латексного материала показано в таблицах 1 и 2.

Для получения высококачественных резиновых и латексных изделий условия отмывки необходимо тщательно подбирать с учетом требований, предъявляемых к конкретным изделиям.

Таблица 1. Влияние отмывки сырого геля на санитарно-химические показатели пленок из ревультекса IR, полученных коагулянтным маканием /по данным работы /15//.

Показатели водных вытяжек из материала /24 часа при 50оС и соотношении площади поверхности образца и объема воды 1:2/	Пленка без отмывки,	Пленка, промытая на стадии сырого геля 30 мин при 50оС
Окисляемость, мг О2/100 см2 Концентр. непред. соед., мг Вr2/л Ионы цинка, мг/л Мутность, см-1 рН	13,9 14,9 2,8 0,01 7,10	0,30 1,6 отс. 0,0015 6,65

Таблица 2. Влияние отмывки на физико-механические свойства сухих пленок из вулканизованного НЛ /по данным работы /25//.

Свойство Вид обработки	F300, МПа	F500, МПа	fp, МПа	ε, %
Без отмывки После отмывки водой 16 час. при 20°С	0,78   0,85	1,25   1,39	20,6   30,0

Указано, что латексная пленка толщиной 0,8 мм, полученная методом пенного отложения с использованием в качестве фиксатора 25%-го раствора нитрата кальция и промытая при 50° в течение 30 мин, вызывала гемолиз крови. Основной причиной этого нежелательного явления оказалось неполное удаление из материала солей кальция. Увеличение продолжительности отмывки до 24 час, позволило получить латексный материал, не обладающий гемолитической активностью. Аналогичный результат достигался за 2 часа отмывки при повышении температуры до 100°. Тщательная отмывка латексных изделий водой и, особенно, водным раствором сульфита натрия позволяет снизить концентрацию нитрозоаминов и веществ, способных в них превращаться, которые образуются при использовании большинства серно-ускорительных систем.

Особенности процессов сушки и вулканизации латексных и резиновых изделий заключаются, в частности, в создании условий, сводящих к минимуму образование и накопление в материале продуктов термоокислительной деструкции полимера, а именно, использование возможно более низких температур при минимальном доступе кислорода, проведение вулканизации в кипящей воде или довулканизации после пресса в воде в автоклаве.

Наряду с тщательной очисткой полимерные изделия медицинского назначения часто подвергаются поверхностной обработке или модификации с целью достижения необходимого качества или специальных функциональных свойств поверхности. Описанные в литературе способы модификации поверхности резиновых и латексных изделий можно разделить на физические и химические. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки и выбирается с учетом конкретного изделия.

Поверхность готовых изделий из ненаполненных смесей на основе немодифицированных НЛ и НК обладает высокой клейкостью и значительным коэффициентом трения, затрудняющими их эксплуатацию.

Традиционным физическим способом снижения клейкости является нанесение на поверхность изделий порошкообразных материалов - чаще всего это специальные марки талька или крахмала. Однако установлено, что оба материала представляют серьезную опасность, являясь причиной послеоперационных осложнений. Находясь на поверхности изделия, они могут вызывать поражение тканей организма, при этом тальк способствует образованию гранулем. В связи с этим вместо талька рекомендуется использование более безопасного карбоната кальция. Запатентован способ обработки поверхности резиновых медицинских изделий тонко измельченным порошком полигликолевой кислоты, которая помимо снижения клейкости изделий уменьшает возможность инфицирования и способствует заживлению тканей, контактирующих с изделием. Обработка поверхности изделий порошками снижает прозрачность. Кроме того, порошкообразные материалы, особенно крахмал, достаточно легко удаляются с поверхности в процессе эксплуатации изделий, в результате чего клейкость снова возрастает.

Для поверхностной, обработки резиновых и латексных изделий медицинского назначения широко используются специальные марки силиконового масла и его водной эмульсии. При этом устраняется клейкость, снижается коэффициент трения, сохраняется прозрачность, уменьшается смачиваемость водными средами, снижается способность к адгезии компонентов биологических сред. Однако силиконовые масла легко удаляются с поверхности изделия. Для того, чтобы этого не происходило, силиконовое масло или его водную эмульсию вводят в объем резиновых и латексных смесей. Примером такого материала является широко используемый для изготовления урологических катетеров Силколатекс фирмы Рюш, представляющий, собой вулканизуемую композицию на основе НЛ с добавками водной эмульсии низкомолекулярного полиддиметилсилоксана. Аналогичные материалы подробно исследованы и в наших работах. Для более равномерного распределения силиконовое масло предлагается вводить в виде аддукта на цеолите, включающего 50-95% цеолита и 5-50% силиконового масла, в количестве 0,1-10%.

К химическим способам обработки можно отнести галогенирование поверхности резиновых и латексных изделий медицинского назначения. Наиболее широко используют процесс хлорирования, который проводят, как правило, путем обработки изделий в хлорирующем растворе с концентрацией активного хлора 0,3-0,5%.

Хлорирующий раствор готовят двумя способами. Согласно первому е результате реакции в водном растворе между гипохлоритом натрия и соляной кислотой выделяется свободный хлор; во втором - непрерывном способе - газообразный хлор из баллона подается в резервуар с водой. Для достижения заданной степени модификации поверхности очень важен тщательный подбор условий хлорирования – времени обработки, температуры, концентрации свободного хлора. Для нейтрализации кислоты на поверхности обработанных изделий, с целью предупреждения преждевременного старения, проводят их тщательную отмывку в 2%-м растворе аммиака. На поверхности обработанных изделий образуется слой галоидированного полиизопрена, в результате чего устраняется липкость, снижается коэффициент трения, уменьшается опасность выцветания ингредиентов. Для ряда изделий проводится комплексная обработка поверхности хлорированием и силиконовым маслом. Более сложными с практической, точки зрения представляется способ снижения коэффициента трения поверхности эластомерных изделий медицинского назначения на основе углеводородных полимеров путем обработки фторсодержащим газом, смешанным с инертным газом (азотом, аргоном или гелием).

Одним из перспективных и наиболее быстро развивающихся в последнее время способов обработки поверхности резиновых и латексных изделий медицинского назначения является нанесение полимерных покрытий /32,46,55,61/. Преимуществом этого способа является возможность придания материалам на основе полиизопрена недостающих ему поверхностных свойств с одновременным устранением присущих им недостатков. Полимерная основа покрытий выбирается в зависимости от поверхностных свойств, которыми должно обладать конкретное медицинское изделие. В нестоящее время для резиновых и латексных изделий медицинского назначения разработаны способы нанесения покрытий на основе силикона, фторсодержащих полимеров гидрофильных полимеров. Формирование проводят как из раствора полимера так и путем привитой полимеризации непосредственно на обрабатываемой поверхности.

Латексные изделия с полимерными покрытиями обладают существенными преимуществами перед изделиями, обработанными традиционными способами. Так, урологические катетеры, с тефлоновым, силиконовыми, особенно, гидрогелевым покрытием характеризуются низким коэффициентом трения, что облегчает их введение и выведение из организма; полимерное, покрытие препятствует отложению солей на поверхности дренажных каналов. Следует отметить, что наибольший интерес специалистов химиков и медиков привлекают гидрогелевые полимерные покрытия, основой которых являются различные гидрофильные полимеры, такие как сополимеры 2-гидроксиэтилметакрилата и метакриловой кислоты или 2-этилгексилакрилата, полиоксиэтилакрилат, поливинилпирролидон, поливиниловые соединения и др. Гидрогелевое покрытие способно адсорбировать около 20%. воды, превращаясь в материал, приближающийся по физическим свойствам к тканям организма. При использовании изделий с гидрогелевым покрытиями уменьшается раздражение и повреждение окружающих тканей, что снижает вероятность их бактериального инфицирования. Высокую оценку медиков получили урологические катетеры с гидрогелевым покрытием “Гидромер”, выпускаемые Малазийской фирмой "Медиквип", хирургические перчатки "Биогель".

Полиуретаны биомедицинского назначения также могут служить основой покрытий для изделий из других, в том числе высокоэластичных, полимеров. Покрытия удобнее всего наносить из раствора, в связи с чем необходимо использовать линейные растворимые' полиуретаны или так называемые "двухупаковочные" составы, включающие раствор линейного ПУ и раствор изоцианатного отвердителя. Полиуретановые покрытия широко используются в технических изделиях в том числе, известно их применение для покрытия резин. В то же время, методы нанесения ПУ-покрытий на медицинские изделия из НК и НЛ детально не разработаны, и можно предположить, что наиболее серьезной проблемой здесь станет задача повышения адгезионного взаимодействия между основой и покрытием.