Технологии

Однако полимеры имеют в ряде случаев недостаточную механическую прочность, плохую биосовместимость, недолговременную стойкость по отношению к агрессивным биологическим средам человеческого организма и др. Эти недостатки в той или иной степени можно устранить, используя полимерный материал как основу, нанося при этом на него покрытие с заданными медико-биологическими свойствами.

С такой задачей приходится сталкиваться при длительном использовании различных изделий медицинской техники, в частности, дренажных трубок, катетеров, зондов, которые находятся в контакте с агрессивными средами, например, желудочно-кишечного тракта.

Решением данной проблемы может быть нанесение на изделия углеродных покрытий, в том числе алмазоподобных и карбиносодержащих. Как показали исследования, углеродные покрытия полностью биосовместимы, повышают химическую стойкость и механическую прочность полимеров. Особо следует отметить такое важное свойство покрытий, полученных при определенных условиях, как бактерицидность. Существуют различные способы нанесения углеродных покрытий. Ионно-плазменное вакуумное нанесение обеспечивает помимо вышеперечисленных свойств хорошую адгезию углеродных покрытий к полимерным материалам.

Большим достижением являются также полимерные трековые мембраны на основе полиэтиленте-рефталата (лавсана), технология изготовления которых была разработана в лаборатории ядерных реакций им. Г.В. Флерова Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна).

Главной особенностью трековых мембран является малая толщина подложки и высокая равномерность размера пор. Такая структура определяет основные преимущества ядерных трековых мембран, такие как низкое сопротивление потоку фильтруемой среды, высокая селективность фильтрации, низкая адсорбция растворенных веществ, возможность удаления выделенных частиц на поверхности мембраны и мягкая регенерация, прозрачность и малый вес.

К достоинствам трековых мембран можно отнести также высокую механическую прочность по сравнению с другими видами мембран, химическую и биологическую инертность, возможность работы при температуре до 120 0С, малое содержание возможных примесей, которые могут мигрировать в фильтрат, возможность тангенциальной механической очистки поверхности мембраны.

Трековые мембраны являются основой мембранной технологии, которая может быть использована в различных областях науки и технологии:

- электроника (для очистки воздуха, газовых и жидких технологических сред, используемых в производстве ИС и ПП);
- криогенная технология;
- контроль размеров частиц в различных дисперсных системах;
- процессы экстракции;
- микробиологический анализ;
- цитологический анализ;
- пищевая промышленность и т.д. Трековые мембраны также являются основой перспективных и надежных фильтров для очистки питьевой воды. В настоящее время на основе трековых мембран выпускаются два типа бытовых фильтров: фирмой "Nerox" (г. Тампере, Финляндия) и фирмой "Симпэкс" (г. Симферополь, Украина). Мембраны в этих фильтрах содержат поры диаметром 0,4 мкм с плотностью 3-10 0пор/см.

Указанные фильтры имеют следующие преимущества:

- принципиальное отсутствие контакта очищенной воды и отфильтрованного продукта;
- невозможность проникновения сквозь поры частиц размером более 0,4 мкм, что обуславливает практически полную фильтрацию ионов тяжелых металлов, мутей, взвесей, нуклеидов, пестицидов, органических молекул (фенолов, нафтенов и др.), ряда инфекционных микробов (холерный вибрион, штамм чумы, кишечная палочка и др.);
- возможность очистки картриджа фильтра с помощью тангенциальной механической очистки, а также промывки поверхности фильтра и пор пищевыми кислотами;
- гарантированная фильтрация не менее 2500 л воды.

Эти достоинства обеспечивают внеконкурентность указанных фильтров. Тем не менее, они обладают и некоторыми недостатками:

- фильтры улавливают только микроорганизмы и болезнетворные бактерии, размер которых превышает 0,4 мкм;
- срок жизни мембраны определяется в большой степени её механической прочностью, эластичностью и истираемостью при тангенциальной механической очистке, которая всё-таки имеет место;
- желательно было бы облегчить отмывку поверхности картриджа мембранного фильтра за счет материала с поверхностью мембраны;
- пропускная способность фильтрата через некоторое время работы ухудшается в результате уменьшения размера пор, вызванного набуханием полимера.

Исключение этих недостатков ещё более повысит качество бытовых мембранных фильтров для очистки воды, обеспечивая создание бактерицидного картриджа мембранного фильтра с высоким ресурсом работы при постоянной пропускной способности фильтра.

Алмазоподобные пленки, сформированные различными ионно-плазменными методами и обладающие высокими механическими характеристиками, химической инертностью, высокой адгезией к материалу подложки, также являются решением указанной проблемы.

Известно, что углеродные материалы (графит, пироуглерод) широко используются в медицинской практике. Развитие ионно-плазменной техники и технологии дало толчок для создания новых углеродных пленочных материалов со следующими характеристиками:

- являются диффузионным барьером для биологических сред, поскольку углерод имеет самый малый размер иона;
- обладают высокой адгезией к материалу основы;
- обеспечивают стойкость материалов основы (металлов, сплавов) к агрессивным биологическим средам, а также биосовместимость различных материалов с нанесенным покрытием;
- позволяют многократно заменять поверхность изделия с сохранением его основы, что обеспечивает фактически многоразовое использование изделий, а также получать одноразовые изделия за счет нанесения и удаления углеродной пленки;
- обеспечивают заданные медико-биологические характеристики материалов: адгезивность для клеток и микроорганизмов, гемосовместимые свойства, бактерицидность, возможность селективного разделения материалов за счет изменения поверхностных свойств последних (заряд, рельеф и состав поверхности).

В заключение можно отметить, что создание слоистых структур позволяет существенным образом изменять свойства полимерного материала при несоизмеримо меньших толщинах формируемого защитного покрытия, что, по мнению авторов, "открывает широкую перспективу практического использования ионно-плазменных методов для кардинального изменения уменьшения взаимодействия отфильтрованного свойств полимерного материала".

По материалам журнала "Технологическое оборудование и материалы"