Диссертация (Эластомерные материалы на основе бутадиен-стирольных термоэластопластов с повышенной устойчивостью к образованию бактериальных биопленок), страница 19

ТМДЭТА и ДСДМАХмогут распределяться в объеме стеклообразной фазы ПС в отличие от ПЛА,который является высокомолекулярным соединением и обладает, поэтому,значительно более низкой совместимостью с ПС.Главным же выводом является то, что ТМДЭТА и ДСДМАХ должнынаходиться во всех фазах материала, и при нахождении в водной среде будет116происходить вымывание (высвобождение) данных агентов из всех фаз, нопреимущественно в фазе ПЛА, гидролиз которого будет способствоватьвымыванию находящихся в его матрице агентов.

Это объясняет увеличениеантибактериального действия при совместно введении ПЛА и агентов в ДСТ(см. рисунки 3.31, 3.32).3.6.3.Исследованиеструктурыимолекулярнойподвижностиматериалов из ДСТ методом электронного парамагнитного резонансаДля изучения изменения структуры материалов из ДСТ при введенииПЛА были использован метод электронного парамагнитного резонанса. Вобразцы пленок с различным содержанием ПЛА при 70°С был введенспиновыйзонд—стабильныйтетраметилпиперидин-1-оксиланитроксильный(ТЕМПО).радикалИнтенсивность2,2,6,6,-вращательногодвижения радикала, и соответственно, молекулярную подвижность оценивалипо времени корреляции вращения зонда τ.На рисунке 3.38 представлена зависимость времени корреляциивращения зонда от содержания ПЛА в материале.

Поскольку время корреляцииизменяется в широких пределах, на рисунке зависимость показана в двухразных масштабах.Из рисунка видно, что время корреляции при увеличении содержанияПЛА от 0 до 50% масс. изменяется незначительно (в 2,5 раза). Дальнейшееувеличение содержания ПЛА приводит к резкому росту времени корреляции: в5 раз для 60%, в 10 раз для 70%, в 45 раз для 90% и, наконец, для 100% ПЛА(без ДСТ) время корреляции увеличивается в 85 раз по сравнению с ДСТ безПЛА.

Таким образом, при увеличении содержания ПЛА в системе ДСТ/ПЛАмолекулярная подвижность снижается, причем заметное ее изменениеприходится на концентрацию ПЛА 50-70% масс.Время корреляции, 10-10 сек117100,0080,0060,0040,0020,000,000102030405060708090100708090100Время корреляции, 10-10 секСодержание ПЛА, % масс.10,008,006,004,002,000,000102030405060Содержание ПЛА, % масс.Рисунок 3.38.

Зависимость времени корреляции вращения зонда отсодержания ПЛА. Сверху — общий вид кривой, снизу — кривая в десятикратноуменьшенном масштабе.Полученную зависимость можно объяснить следующим образом. Зондрадикал при введении попадает либо в высокоэластическую, либо встеклообразную аморфные фазы полимера. Увеличение времени корреляцииприувеличении содержанияПЛАсвязанос тем, чтоподвижностьмолекулярных цепей ПЛА ниже, чем цепей эластомерной фазы ПБ в ДСТ. Еслипри введении радикала дисперсионной средой является ДСТ, то с высокойдолей вероятности радикал попадет в эластомерную фазу ПБ, как значительноболее рыхлую по сравнению со стеклообразной фазой ПС. Если же118дисперсионной средой является ПЛА, то радикал попадет в аморфные областиПЛА, отличающиеся значительно меньшей молекулярной подвижностью посравнению с ПБ.

Поэтому существенное изменение времени корреляциивращения зонда при содержании ПЛА 50-70% говорит о том, что в этоминтервале происходит обращение фаз: ниже 60% ПЛА дисперсионной средойявляется эластомерная полибутадиеновая фаза ДСТ, выше 60% ПЛА —дисперсионной средой становится ПЛА. Именно обращением фаз в материалеобъясняется проходящая через минимум зависимость физико-механическихсвойств (условной прочности при растяжении и относительного удлинения приразрыве) от содержания ПЛА (или ПГБ) в ДСТ, показанная на рисунках 3.6 и3.7.Важным следствием из полученных данных является несущественноеизменение молекулярной подвижности в системе ДСТ/ПЛА при увеличениисодержания ПЛА от 0 до 10% масс., которое рекомендуется нами в качествеосновы для защитных антибактериальных пленок.

Рост времени корреляциивращения зонда составляет при этом не более 7%. Таким образом,незначительное ухудшение физико-механических и адгезионных характеристикпокрытий для содержания ПЛА 10% по сравнению с ДСТ без ПЛА такжесвязано с незначительным уменьшением молекулярной подвижности в системеДСТ/ПЛА.Введение в изучаемую систему антибактериального агента в количестве0,5% масс.

приводит к количественным изменениям зависимости временикорреляции от содержания ПЛА. Полученная зависимость для системы свведенным ТМДЭТА изображена на рисунке 3.39.Время корреляции, 10-10 сек119100,0080,0060,0040,0020,000,000102030405060708090100708090100Время корреляции, 10-10 секСодержание ПЛА, % масс.10,008,006,004,002,000,000102030405060Содержание ПЛА, % масс.Рисунок 3.39. Зависимость времени корреляции вращения зонда отсодержания ПЛА: сплошные линии — без ТМДЭТА, штриховые — сдобавлением 0,5% масс. ТМДЭТА.

Сверху — общий вид кривой, снизу — криваяв десятикратно уменьшенном масштабе.Из сравнения зависимостей, полученных для систем ДСТ/ПЛА свведенным ТМДЭТА и без него, видно, что ТМДЭТА снижает времякорреляции тем сильнее, чем выше содержание ПЛА в системе. Для ДСТ (ПТ)снижениевременикорреляциисоставляет5%,дляПЛ2Т(ДСТ+10%ПЛА+0,5%ТМДЭТА) — 20%, для ДСТ+60%ПЛА+0,5% ТМДЭТА —50%, для 100% ПЛА — 63%. Данная зависимость может быть объяснена тем,что ТМДЭТА выступает в качестве мягчителя для ПЛА, увеличивая тем самыммолекулярную подвижность. Некоторое уменьшение физико-механических120характеристик при введении ТМДЭТА в систему ДСТ/ПЛА при этом должнообъясняться увеличением неоднородности материала, поскольку при введенииТМДЭТА в систему ДСТ/ПЛА с содержанием ПЛА до 60% масс.

агент будетраспределяться преимущественно в эластомерной фазе ПБ ДСТ, с которойменее совместим, чем с ПЛА.Зависимость, полученная для системы ДСТ/ПЛА с введением 0,5%ДСДМАХ, аналогична таковой для ТМДЭТА. Отличие состоит в том, чтоДСДМАХнесколькосильнееувеличиваетмолекулярнуюподвижностьсистемы ДСТ/ПЛА, чем ТМДЭТА, что связано с его поверхностно-активнымисвойствами.Итак,увеличениемолекулярнойподвижностипривведенииантибактериальных агентов в систему ДСТ/ПЛА тем более сильное, чем вышесодержание ПЛА, говорит о том, что агенты распределяются преимущественнов фазе ПЛА.

Это подтверждают и данные ТГА: агенты оказываютстабилизирующий эффект по отношению к ПЛА, что подразумевает ихдислокацию в фазе ПЛА. Этим объясняется сохранение антибактериальнойактивности покрытий при повторном контакте с суспензией бактерий (см.рисунок 3.32): при гидролизе ПЛА в среде происходит высвобождениеантибактериальных агентов. Важную роль в уменьшении адгезии бактерийиграет и расположение фазы ПЛА в среде ДСТ — вокруг доменов ПС, чтоподтверждено данными РЭМ и ТГА и объясняет характерную картинунабухания пленок ДСТ/ПЛА (см.

рисунок 3.16). Такое расположение ПЛАспособствует снижению стойкости ДСТ к гидролизу, поэтому даже добавление5% масс. ПЛА снижает адгезию бактерий, что можно объяснить толькоэффектом самоочищения материала. При введении антибактериальных агентовпроисходит их высвобождение из гидролизующегося слоя, полностьюпредотвращающее адгезию бактерий даже при повторном контакте.1213.7. Токсикологические исследования материалов из ДСТВозможность применения разработанных материалов для защиты отбактерий изделий медицинского назначения напрямую связана с токсичностьюсамих материалов, вымываемых антибактериальных агентов и продуктовгидролиза биоразлагаемых пластиков.

Для оценки токсических свойств былипроведеныиспытанияпоопределениюклеточнойтоксичности(цитотоксичности) покрытий из ДСТ. В качестве модельных клеток былииспользованы мезенхимальные стволовые клетки костного мозга крупногорогатого скота (МСК).Оценкацитотоксичностипроводиласьвизуальнопоросту(пролиферации) клеток в течение 24 часов культивирования в чашках Петри наповерхности изучаемых материалов (ДСТ и ДСТ+10%ПЛА) и стекла(контроль). Кроме того, производили подсчет погибших клеток, ядра которыхвысвечивались путем введения специального контраста, после 48 часовкультивирования.

На основании полученных данных было подсчитанопроцентное соотношение жизнеспособности клеток на поверхности материалапоотношениюкжизнеспособностиклетокконтроля(настекле).Микрофотографии клеток МСК на поверхности материалов из ДСТ показанына рисунке 3.40, а результаты подсчета цитотоксического воздействия — нарисунке 3.41. Для сравнения воздействия вымывающихся потенциальнотоксичных антибактериальных агентов испытание было проведено дляобразцов сравнения — ПТ и ПД, содержащих агенты, но не содержащих ПЛА.Из полученных фотографий видно, что рост клеток как на стекле, так и напленках ДСТ и ПЛ2 проходит одинаково, следовательно, значительнойклеточной токсичностью данные образцы не обладают.122Рисунок 3.40.

Микрофотографии МСК на поверхности материалов изДСТ, 24 ч культивирования: 1 — контроль (стекло), 2 — ДСТ, 3 — ПЛ2Жизнеспособность клеток, % отконтроля(ДСТ+10%ПЛА).120969784100897080756040200ДСТ (П0)ПЛ2ПТПЛ2ТПДПЛ2ДРисунок 3.41. Результаты подсчета цитотоксического воздействияматериалов из ДСТ на культуры МСК после 48 ч культивирования.123Определение жизнеспособности клеток показало (рисунок 3.41), что,действительно, ни ДСТ, ни система ДСТ+ПЛА клеточной токсичностьюпрактически не обладают. Введение антибактериальных агентов несколькоизменяет картину.

Материалы, содержащие ТМДЭТА и ДСДМАХ, обладаютбольшей цитотоксичностью, чем материалы без введенных антибактериальныхагентов, причем ТМДЭТА лишь на 6% увеличивает токсичность материала, аДСДМАХ — более чем на 20%. Это связано с вымыванием данных агентов изповерхностного слоя материала. Также следует отметить, что совместноевведение агентов и ПЛА оказывает на клетки меньшее токсическоевоздействие,чемвведениеоднихтолькоантибактериальныхагентов.Снижение токсичности материала с антибактериальным агентом при введенииПЛА составляет 5-7%.Полученные данные по цитотоксичности образцов носят оценочныйхарактер, поскольку токсикологические требования к материалу зависят,прежде всего, от конкретного назначения. Например, защита от бактерийповерхности медицинских изделий, работающих в среде мочеполовой системычеловека, может включать в себя как нанесение покрытия на внешнюю,контактирующуюсживойтканью,такинавнутреннююсторону,контактирующую только со средой, трубчатых изделий, и требования потоксичности для этих поверхностей отличаются.