Классификация полимеров
Полимеры являются высокомолекулярными соединениями (ВМС), чья молекулярная масса варьируется в пределах от нескольких тысяч до нескольких миллионов, атомы которых образуют разветвленные или линейные цепи, а также пространственные трехмерные структуры.
Полимерами являются многие природные соединения: нуклеиновые кислоты, белки, крахмал, целлюлоза, каучук и другие вещества органического происхождения.
По особенностям строения основной цепи полимеры подразделяются на три группы:
- Линейные. У линейных полимеров может быть как кристаллическая, так и аморфная (стеклообразная) структура.
- Разветвленные. Полимеры этой группы чаще являются аморфными. Если их нагреть, они переходят в высокоэластическое состояние (подобно резине, каучуку и другим эластомерам). Если воздействовать на разветвленные элементоорганические и органические полимеры особо высокими температурами, окислителями, кислотами и щелочами, они постепенно разлагаются с образованием газообразных, жидких и твердых (коксов) соединений.
- Пространственные (трехмерные) структуры. Полимеры этой группы также, как правило, являются аморфными. Если трехмерные структуры подобно резине имеют сравнительно редкую сетку, при растяжении они могут лишь временно деформироваться, возвращаясь затем в исходное состояние. Если же трехмерные структуры имеют густую пространственную сетку, в зависимости от других особенностей строения они могут быть хрупкими или упругими.
Использование полимерных материалов в медицине
Полимеры уже давно стали привлекать внимание многочисленных ученых и исследователей из области медицины.
Начало применению полимерных материалов в области медицины положил А. Шумлянский, когда в 1788 году он впервые использовал каучук во время операции.
В 1895 году для закрытия костных дефектов после оперативного вмешательства на черепе был использован целлулоид.
В 1939 году несколько химиков и стоматологов (И. Езриелева, Г. Петрова, И. Ревзина и др.) совместными усилиями создали полимер АКР-7, из которого изготавливали челюстные и зубные протезы.
Позже из акриловых смол были получены пластмассы, пригодные для восстановительных операций в челюстно-лицевой области и изготовления глазных протезов.
За последние десятки лет медицинская наука шагнула далеко вперед, в настоящее время в медицинских целях используются самые различные технологии и материалы, в том числе и полимеры, которые на сегодняшний день практически повсеместно применяются для совершенно различных целей. Подтверждением тому является факт, что из полимеров в настоящее время изготавливают более трех тысяч видов медицинских изделий.
Примеры применения полимеров в медицинской сфере:
- Производство изделий, не контактирующих напрямую с организмом человека. Примером таких изделий являются корпусы медицинских приборов. К таким полимерам обычно предъявляются менее жесткие требования, чем к материалам, непосредственно контактирующим с тканями организма или используемым в пищевой промышленности.
Производство изделий, которые напрямую контактируют с тканями организма человека. Например, полимеры используются при изготовлении компонентов систем диализа («искусственная почка»), которые непосредственно контактируют с кровью человека. В связи с этим к таким материалам предъявляются жесткие требования, касающиеся степени чистоты и инертности (они должны быть максимальными), в противном случае их применение может негативно сказаться на здоровье человека. Другие примеры изделий из полимеров, непосредственно контактирующих с тканями человека:
- искусственные суставы, клапаны сердца, сосуды, камеры искусственного сердца и другие изделия, имитирующие органы и ткани человеческого тела;
- хирургические нити (изготавливаются из полиамидов);
- силиконы используются при косметических операциях на молочных железах, лице, для изготовления катетеров, пленок, защищающих поверхность кожи при ожогах. Преимуществами силиконов являются физиологическая и химическая инертность и термостабильность - до 180°C;
- протезы в ортопедической стоматологии;
- аппаратура, использующаяся для искусственного кровообращения при обширных операциях на сердце.
Перспективы применения полимеров в медицине
Однако несмотря на стремительные темпы внедрения полимеров в медицину, до сих пор остается нерешенным ряд довольно острых вопросов.
Примером может служить проблема биосовместимости полимерных компонентов и тканей человеческого организма.
Так, при замещении тканей и органов организма изделиями, изготовленными из полимерных материалов, нередки случаи отторжения этих изделий. Это является свидетельством отсутствия полной биологической совместимости тканей организма и полимеров, что значительно затрудняет использование последних в этих целях.
В связи с этим можно предположить, что в ближайшем будущем усилия многих исследователей и ученых будут направлены на разработку новых полимеров, обладающих гораздо большей биосовместимостью с тканями человека по сравнению с полимерными материалами, существующими на сегодняшний день.
Другим перспективным направлением в работе с полимерами является разработка другой их группы - биологически активных полимеров, которые представляют собой биоразлагамые материалы с регулируемым сроком службы.
Из таких полимеров могут изготавливаться инновационные шовные материалы, которые можно будет использовать при полостных операциях, или временные имплантаты. В организме они будут постепенно разлагаться, но срок их эксплуатации будет достаточным для того, чтобы за этот срок ткани организма успели полностью восстановить свои функции.
Принципиальным преимуществом использования таких материалов станет отсутствие необходимости проведения пациенту повторной операции с целью извлечения из организма временных имплантатов или снятия швов, как это пока происходит на сегодняшний день.
