Современный синтетический хирургический шовный материал – это высокотехнологичный фармацевтический продукт, который подразделяется на абсорбируемый (рассасываемый) и неабсорбируемый (нерассасываемый), монофиламентный и мультифиламентный. Основными характеристиками этих нитей являются физико-механические и биологические свойства. [1-3] .
Монофиламентные шовные нити в настоящее время более востребованы в хиругической практике по сравнению с мультифиламентными, так как мононити, как правило, монолитны, биоинертны, для них не характерен «фитильный» эффект и они способны удерживать края разреза в течение не менее шести недель [4,5]. Наиболее широко востребованными неабсорбируемыми материалами являются нейлон и полипропилен. Хирургическим нитям на их основе присуща наилучшая комбинация биосовместимости и механических свойств по сравнению с другими синтетическими материалами. Последние достижения химического производства и текстильной промышленности России позволяют разрабатывать новые биологически активные шовные материалы: хирургические нити с различными видами оболочек и с использованием нового поколения высокомолекулярных соединений [6]. Однако, несмотря на достигнутые успехи в области синтетических хирургических нитей и их широкого ассортимента, до настоящего момента в хирургической практике не существует универсального шовного материала. Недостатки мононитей, по мнению многих исследователей, связаны с состоянием ее поверхности.
Для оптимизации эксплуатационных свойств хирургических шовных материалов и повышения биосовместимости используются различные способы их поверхностной модификации [7]. Среди многообразия методов выделяются плазменные, приводящие к изменению состояния приповерхностного слоя и его структуры [7,8].
Исследованию подвергались образцы исходных и плазменно- модифицированных полипропиленовых (ПП) мононитей условного номера 1, согласно формокопее США, у которых изучали поверхностную структуру и механические свойства. Внешний вид исходных ПП мононитей, полученный на электронном микроскопе марки OLS 4100LEX, представлен на рис.1.
Рисунок 1. Внешний вид (а) и 3D изображение (б) исходного образца ПП мононити
Поверхность образца ПП монони, как следует из рисунка 1, имеет явно выраженную ориентационную структуру в направлении оси волокна. При этом структура поверхности представляет систему с переходом высот и впадин, которая типична для высоко ориентированных полимеров. В дополнение вдоль оси волокон наблюдаются различные мелкие включения неправильной формы.
Значения параметров шероховатости образцов исследуемой мононити представлены в таблице 1.
Таблица 1
Значения параметров шероховатости поверхности исходной ПП мононити
| Образец |
Параметры шероховатости |
||
| высота неровностей профиля по девяти точкам, Rz, мкм | среднее арифметическое отклонение профиля, Ra, мкм | среднее квадратическое отклонение профиля, Rq, мкм | |
| 1 | 0,200 | 0,052 | 0,061 |
| 2 | 0,198 | 0,050 | 0,060 |
| 3 | 0,191 | 0,049 | 0,059 |
| 4 | 0,188 | 0,048 | 0,058 |
| 5 | 0,189 | 0,051 | 0,060 |
| 6 | 0,182 | 0,049 | 0,058 |
| 7 | 0,194 | 0,052 | 0,061 |
| 8 | 0,190 | 0,049 | 0,058 |
| 9 | 0,189 | 0,047 | 0,057 |
| Ср. значение | 0,1912 | 0,0496 | 0,0591 |
Представленные экспериментальные данные свидетельствуют о разбросе значений для высоты неровностей профиля по девяти точкам (Rz) – 0,1912±0,0054 мкм, для среднего арифметического отклонения профиля (Ra) – 0,0496±0,0017 мкм, для среднего квадратичного отклонения профиля (Rq) — 0,0591±0,0015 мкм.
С целью выравнивания поверхности ПП нитей проводили модификацию поверхности исходных образцов поливинилиденфторидом (ПВДФ) марки DS201 (Россия, «Русская химическая компания») с помощью низкотемпературной плазмы на экспериментальной высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазменной установке, сконструированной в КНИТУ. .
Модификацию ПП мононитей проводили в плазмообразующем газе – аргон. Рабочее давление в разрядной камере составляло 13-26 Па, расход плазмообразующего газа – в пределах 0,04-0,08 г/с. Режим плазменной обработки регулировали путем изменения мощности ВЧЕ разряда и продолжительности обработки мононитей.
Изображения поверхностей ПП мононитей при различных параметрах обработки представлены на рис.3,4. При плазмохимической обработке на поверхности образца ПП мононити формируется слой ПВДФ толщиной в десятки и сотни нанометров, т.е. примерно на 2-3 порядка меньше толщины моноволокна. При различной длительности процесса на поверхности ПП мононити наблюдаются изменения: от фрагментарного до формирования неравномерного слоя ПВДФ, что свидетельствует о коагуляции аэрозоля присадки (ПВДФ) в виде глобул около поверхности..
Рисунок 3 – Внешний вид (а) и 3D изображение (б) образца мононити с нанесенным покрытием из ПВДФ в ВЧЕ плазме при длительности – 4 мин.
Значения параметров шероховатости поверхности модифицированных образцов приведены в таблице 2.
Рисунок 4.Внешний вид (а) и 3D изображение (б) образца мононити с нанесенным покрытием из ПВДФ в ВЧЕ плазме при длительности – 10 мин.
Адгезию слоев из ПВДФ на опытных образцах полипропиленовой мононити определяли по отрыву липкой адгезионной ленты Scotch 810, фиксируя, какое количество покрытия удаляется с поверхности мононити, согласно стандарту ASTM D3359-02.
Экспериментальными исследованиями установлен достаточный уровень адгезии сформированного ПВДФ покрытия к ПП мононити, отрыв во всех случаях проходил по границе раздела адгезионная лента – покрытие, не зафиксировано отслоений или осыпания покрытия.
Фрикционные испытания образцов хирургической мононити до и после плазменной обработки проводили путем регистрирования усилия, необходимого для протягивания нити по мокрой поверхности образца замшевой кожи как имитатору биоткани. Скорость нагружения составляла 10мм./мин. Виды типовых кривых нагружения представлены на рис. 5, которые
свидетельствуют, что усилия протягивания на имитаторе биологической ткани
Таблица 2
Значения параметров шероховатости поверхностей образцов
ПП мононити в зависимости от режимов плазменной обработки
|
Условия плазмообработки |
Параметры шероховатости |
|||
| W, кВт | t, мин | Rz, мкм | Ra, мкм | Rq, мкм |
| — | — | 0,232 | 0,056 | 0,059 |
| 1 | 3 | 0,498 | 0,085 | 0,106 |
| 1 | 10 | 0,248 | 0,055 | 0,072 |
| 1 | 15 | 1,148 | 0,196 | 0,252 |
| 3,5 | 3 | 0,628 | 0,140 | 0,176 |
| 3,5 | 10 | 0,454 | 0,103 | 0,127 |
| 3,5 | 15 | 0,956 | 0,153 | 0,290 |
до и после плазмохимической обработки практически идентичны и обладают одинаковыми трибологическими свойствами. Усилие страгивания образцов ПП мононитей, модифицированных ПВДФ в ВЧЕ плазме, незначительно превышает усилие страгивания не обработанных образцов, однако разница между этими значениями незначительна и попадает в область ошибки эксперимента.
Усилие протягивания образцов ПП мононити, модифицированных ПВДФ в ВЧЕ плазме, наоборот, несколько меньше усилия протягивания не обработанных образцов, но различие также незначительно. Существенно различаются виды кривых нагружения. Кривая для опытных образцов ПП мононити, модифицированной в ВЧЕ плазме ПВДФ, равномернее, участок, характеризующий момент протягивания образца, более прямолинейный, без рывков и перегибов. Кривая нагружения для образцов ПП мононити без обработки имеет ломаный вид.
Рисунок 5 – Фрикционное сопротивление протяжке модифицированных в ВЧЕ плазме с ПВДФ (1) и исходных (2) образцов ПП мононити
После достижения пика нагрузки (момент страгивания образца) усилие снижается, начинается участок скольжения мононити, затем нагрузка вновь возрастает, т.е. скольжение затрудняется. В целом, участок кривой, характеризующий момент протягивания, для необработанных образцов — неравномерный.
Таким образом, несмотря на то, что после плазмохимической обработки шероховатость опытных образцов незначительно увеличивается (Ra на 0,009 мкм и Rz на 0,057 мкм), усилия страгивания и протягивания нитей через имитатор биоткани существенно не различаются. Напротив полученные данные показывают, что после плазмохимической обработки морфология поверхности полипропиленовых мононитей выравнивается, скрываются дефекты поверхности, о чем свидетельствует характер полученных кривых нагружения для образцов до и после обработки.
Механические характеристики опытных образцов полипропиленовой мононити без обработки и после плазменной обработки с ПВДФ представлены в таблице 3.
Плазмохимическая обработка, как следует из таблицы 3, не снижает механические характеристики исходной ПП мононити, а механические свойства в простом узле модифицированной ПВДФ стерильной нити соответствуют требованиям нормативных документов.
Таблица 3.
Механические свойства образцов ПП мононити
| Наименование | Ед. изм. | Диапазон допустимых значений | Значения механических характеристик | |
| исходной мононити | модифицированной мононити ПВДФ | |||
| Условный номер | — | 1 | 1 | 1 |
| Метрический размер | — | 4 | 4 | 4 |
| Диаметр | мм | 0,400-0,499 | 0,476 | 0,479 |
| Разрывная нагрузка в простом узле стерильной нити, не менее | Н | 31,0 | 51,3 | 50,7 |
| Удлинение при разрыве нити в простом узле, не более | % | 34,0 | 16,9 | 16,8 |
Таким образом проведенные исследования свидетельствуют, что ВЧЕ плазменная модификация мононитей улучшает их поверхностные свойства, а физико-механические характеристики соответствуют требованиям ГОСТ Р 53005-2008.
Список литературы
- Бонцевич Д. Н. Хирургический шовный материал. Мн.: Интеграция, 2005. — 118 с.
- Третьяк С.И. Хирургический шовный материал. Мн.: БГМУ, 2011.-56с.
- Хирургическая шовная нить и способ ее получения//Шилько С.В., Гракович П.Н., Аничкин В.В., Бонцевич Д.Н., Хиженок В.Ф., Паркалов С.В., Глазырин Н.П./ Пат. России № 2275210, опубл. 27.04.2006
- Пат. № 4911165 США, МПК7 А 61 L 017/00. Эластичные хирургические нити из полипропилена Текст. / Lennard; David J.; Menezes etal.; заявитель Ethicon, Inc, № 285317; заявл. 12.12.1988; опубл. 27.03.1990.
- Гриднева А.В. Разработка технологии получения и исследование свойств нерассасывающихся хирургических нитей на основе синтетических полимеров: дис. канд. техн. наук. СПб., 2010.- 243с.
- Жуковский В.А. Хирургические шовные материалы с полимерными покрытиями. — М.: ГУ Институт хир. им. А.В. Вишневского, 1998. — С. 158-160.
- Кузьмин С.М. Обеспечение плазмохимического модифицирования текстильных материалов при атмосферном давлении. — М.: Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. — 2006. Т.49. — Вып.8. — С.66-70.
- Рыбкин В.В. Низкотемпературная плазма как инструмент модификации поверхности полимерных материалов. М.: Химия, 2000. — № 3. — С.58–63.[schema type=»book» name=»РЕГУЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ХИРУРГИЧЕСКИХ МОНОНИТЕЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ГАЗОВЫМ РАЗРЯДОМ» author=»Гришанова Ирина Александровна, Зенитова Любовь Андреевна, Спиридонова Регина Романовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-27″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]