Ученые Пермского Политеха выяснили, как деградирует используемые в медицине полимеры PEEK и PLA при повышенных температурах

В медицине для изготовления имплантов, держателей ампул, зондов, колб и другого оборудования используют специальные материалы – полимеры PEEK (полиэфирэфиркетон) и PLA (полимолочная кислота). Во время процедур такие инструменты контактируют с различными веществами и жидкими средами, которые постепенно разрушают полимеры.

Понимание процессов деградации PEEK и PLA важно для обеспечения безопасности
и долговечности биомедицинских устройств. Ученые Пермского Политеха провели ряд
экспериментов, которые показывают, при каких условиях изделия из полимеров PEEK
и PLA разрушаются быстрее.

Статья опубликована в журнале «The International Journal of Advanced
Manufacturing Technology», том 134, 2024. Исследование проведено в рамках
госзадания Минобрнауки РФ на выполнение фундаментальных научных исследований.

Материалы полиэфирэфиркетон и полимолочная кислота широко применяют в
производстве медицинских инструментов благодаря своей биосовместимости и высокой
механической прочности. PEEK имеет высокую температуру плавления (300 °C) и
успешно заменяет металлические импланты, а PLA хорошо подходит для печати на
3D-принтерах, а еще его добывают из возобновляемых ресурсов – кукурузного
крахмала и сахарного тростника, поэтому биоразлагаемый полимер отличается низкой
стоимостью и экологичностью.

Ученые Пермского Политеха провели ряд экспериментов, чтобы изучить, как
происходит деградация PEEK и PLA и какие вещества могут ее ускорить.

Исследователи напечатали на 3D-принтере серию из нескольких образцов из
полиэфирэфиркетона и полимолочной кислоты, а затем погрузили их в разные жидкие
среды – раствор хлорида натрия и дистиллированную воду. Для ускорения деградации
использовались повышенные температуры – 45 °C и 70 °C. Наблюдение длилось от 1
до 7 дней, после чего проводилось испытание на растяжение образцов, чтобы
оценить их механические свойства и прочность в зависимости от времени выдержки в
жидкостях.

– 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, – рассказывает Михаил Ташкинов,
заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых
материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

– 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, – поясняет Илья Виндокуров,
младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика
биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.

Исследование ученых Пермского Политеха показало, что полимеры PEEK и PLA
имеют различную устойчивость к деградации в зависимости от температуры и
воздействия жидкостей. Полученные результаты позволят разработать рекомендации
по использованию и стерилизации медицинских инструментов так, чтобы чтобы
обеспечить их долговечность и безопасность.