Исследование процессов деградации полимеров PEEK (полиэфирэфиркетон) и PLA (полимолочная кислота), используемых в медицине для изготовления имплантатов, держателей ампул, зондов, колб и другого оборудования, которое позволит увеличить их долговечность, провели ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 25 октября сообщает пресс-служба вуза.

Указанные медицинские инструменты во время процедур находятся в контакте с различными веществами и жидкими средами, постепенно разрушающими полимеры. Для обеспечения безопасности и долговечности таких медицинских устройств необходимо понимать процессы, лежащие в основе такой деградации.

Для этих целей исследователи ПНИПУ провели серию экспериментов, которые показали, какие условия использования изделий из PEEK и PLA приводят к более быстрому их разрушению.

Результаты исследования ученые представили в статье «Деградация биомедицинских материалов PEEK и PLA, изготовленных аддитивным методом: экспериментальная характеристика при повышенных температурах» (Degradation of additively manufactured biomedical PEEK and PLA: experimental characterization at elevated temperatures), опубликованной в The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, том 134, 2024.

Широкому применению в медицине инструментов из полиэфирэфиркетона и полимолочной кислоты способствуют их биосовместимость и высокая механическая прочность.

Кроме того, PEEK также имеет высокую температуру плавления (300 °C), что позволяет использовать этот полимер для замены металлических имплантатов, а изделия из биоразлагаемого PLA легко можно получить на 3D-принтерах. При этом его производят из возобновляемых ресурсов — кукурузного крахмала и сахарного тростника, поэтому изделия из него экологичны и имеют низкую стоимость.

Для проведения экспериментов исследователи напечатали на 3D-принтере несколько образцов из полиэфирэфиркетона и полимолочной кислоты и погружали их в разные жидкие среды — раствор хлорида натрия и дистиллированную воду, с повышенными температурами — 45 °C и 70 °C.

Наблюдение за процессом деградации длилось от 1 до 7 дней, после чего образцы испытывались на растяжение для оценки зависимости их механических свойств и прочности от времени выдержки в жидкостях.

Заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Михаил Ташкинов рассказал о проведенных исследованиях:

«Деградация образцов PLA в дистиллированной воде при 70 °C происходила быстро. Прочность материала резко упала в первый же день эксперимента, а уже через 5 дней оказалось невозможным проводить испытание на растяжение — образцы стали слишком хрупкими. В то же время этого не наблюдалось в образцах, которые находились в растворе хлорида натрия при той же температуре, однако и там отмечалось постепенное разрушение материала».

Его рассказ дополнил младший научный сотрудник этой лаборатории Илья Виндокуров:

«Образцы PEEK оказались намного более устойчивыми к разрушающим воздействиям обеих жидкостей. За неделю при температуре 70 °C их свойства практически не изменились: отклонение от нормы не превышало 2%. Это объясняется тем, что полимер имеет более высокую температуру плавления».

В результате проведенных экспериментов ученые ППНИПУ установили различную устойчивость к деградации у полимеров PEEK и PLA, которая для обоих полимеров зависела от температуры и воздействия жидкостей. Полученные ими результаты лягут в основу рекомендаций по использованию и стерилизации медицинских инструментов, следуя которым, будут обеспечены и долговечность работы, и безопасность использования этих инструментов.