Помощь студентам в учебе
ПОЛУЧЕНИЕ ТРЕКОВОЙ МЕМБРАНЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИЛАКТИДА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КЕРАТОПЛАСТИКЕ
|
Глава 1. Литературный обзор 11
1.1. Этиопатогенез буллезной кератопатии 11
1.2. Принципы лечения буллезной кератопатии 12
1.2.1. Хирургические методы лечения 13
1.2.2. Полимерные материалы в кератопластике 14
1.2.3. Полимерные материалы в лечении буллезной кератопатии 15
1.2.4. Использование клеточной терапии 16
1.3. Использование биорезорируемых материалов в медицине 20
1.4. Полилактид 21
1.5. Трековые мембраны и основные принципы их получения 24
1.6. Полимерные трековые мембраны и перспективы их использования в
кератопластике 26
1.7. Выводы по 1 главе 28
Глава 2. Материалы и методы исследования 29
2.1. Плёнки полилактида 29
2.2. Трековые мембраны на основе плёнки полилактида 29
2.5. Методы изучения физических свойств материалов на основе полилактида ... 34
2.5.1. Растровая электронная микроскопия 34
2.5.2. Атомно-силовая микроскопия 34
2.5.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия 35
2.5.4. Исследование смачиваемости и свободной энергии поверхности 36
2.5.5. ИК-спектроскопия 37
2.5.6. Спектроскопия комбинационного рассеяния 38
2.5.7. Оптическая спектроскопия в видимом диапазоне света 39
2.5.8. Методика исследования механических характеристик плёнки полилактида 39
2.6. Определение среднего диаметра пор и проницаемости ТМ методом “точка
пузырька” 40
2.7. Ускоренная деградация плёнки полилактида 41
2.7.1. Анализ молекулярно-массовых характеристик плёнки полилактида ... 42
2.8. Исследование цитотоксичности полученных мембран 43
2.9. Медико-биологические исследования in vivo 43
2.10. Методы статистической обработки экспериментальных данных 46
Глава 3. Структурные особенности и физико-химические свойства плёнки полилактида 48
3.1. Морфология поверхности плёнки полилактида по данным РЭМ 48
3.2. Морфология поверхности: шероховатость плёнки полилактида 49
3.3. Контактный угол смачивания и поверхностная энергия плёнки полилактида 52
3.4. Исследование структуры и молекулярного состава плёнки полилактида
методами комбинационного рассеяния света и ИК спектроскопии 53
3.5. Теплофизические свойства и степень кристалличности полимерных плёнок
полилактида 56
3.6. Исследование оптических свойств плёнки полилактида 57
3.7. Механические свойства плёнки полилактида 58
3.8. Определение влияния особенностей строения плёнки полилактида на процесс
биодеградации 60
3.9. Изменения молекулярной массы плёнки полилактида 61
3.10. Выводы по 3 главе 63
Глава 4. Получение и исследование трековых мембран на основе плёнки полилактида 64
4.1. Облучение тяжёлыми ионами 132Xe23+ плёнки полилактида 64
4.2. Травление исходной плёнки полилактида 66
4.2.1. Травление плёнки полилактида после облучения тяжёлыми ионами
132Xe23+ 69
4.2.2. Оценка диаметра пор трековых мембран на основе плёнки полилактида, полученных на пучке ионов 132Xe23+ 71
4.3. Исследование структуры и свойств биорезорбируемой трековой мембраны на
пучке ионов 132Xe23+ 74
4.4. Трековые мембраны, полученные облучением плёнки полилактида ионами
4He2+ 86
4.5. Исследование структуры и свойств биорезорбируемой трековой мембраны на
пучке ионов 4He2+ 90
4.6. Сравнительный анализ трековых мембран на пучках ионов 132Xe23+ и 4Не2'.. 98
4.7. Результаты исследования цитотоксичности полученных мембран 100
4.8. Биосовместимость разработанной биорезорбируемой трековой мембраны на
основе плёнки полилактида на биологических моделях in vivo 102
4.9. Выводы к 4 главе 114
Перечень принятых сокращений 116
Благодарности 117
Список литературы 118
Приложение А Акт внедрения в учебном процессе результатов диссертационной работы 135
Приложение Б Акт внедрения в научную деятельность результатов диссертационной работы 136
1.1. Этиопатогенез буллезной кератопатии 11
1.2. Принципы лечения буллезной кератопатии 12
1.2.1. Хирургические методы лечения 13
1.2.2. Полимерные материалы в кератопластике 14
1.2.3. Полимерные материалы в лечении буллезной кератопатии 15
1.2.4. Использование клеточной терапии 16
1.3. Использование биорезорируемых материалов в медицине 20
1.4. Полилактид 21
1.5. Трековые мембраны и основные принципы их получения 24
1.6. Полимерные трековые мембраны и перспективы их использования в
кератопластике 26
1.7. Выводы по 1 главе 28
Глава 2. Материалы и методы исследования 29
2.1. Плёнки полилактида 29
2.2. Трековые мембраны на основе плёнки полилактида 29
2.5. Методы изучения физических свойств материалов на основе полилактида ... 34
2.5.1. Растровая электронная микроскопия 34
2.5.2. Атомно-силовая микроскопия 34
2.5.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия 35
2.5.4. Исследование смачиваемости и свободной энергии поверхности 36
2.5.5. ИК-спектроскопия 37
2.5.6. Спектроскопия комбинационного рассеяния 38
2.5.7. Оптическая спектроскопия в видимом диапазоне света 39
2.5.8. Методика исследования механических характеристик плёнки полилактида 39
2.6. Определение среднего диаметра пор и проницаемости ТМ методом “точка
пузырька” 40
2.7. Ускоренная деградация плёнки полилактида 41
2.7.1. Анализ молекулярно-массовых характеристик плёнки полилактида ... 42
2.8. Исследование цитотоксичности полученных мембран 43
2.9. Медико-биологические исследования in vivo 43
2.10. Методы статистической обработки экспериментальных данных 46
Глава 3. Структурные особенности и физико-химические свойства плёнки полилактида 48
3.1. Морфология поверхности плёнки полилактида по данным РЭМ 48
3.2. Морфология поверхности: шероховатость плёнки полилактида 49
3.3. Контактный угол смачивания и поверхностная энергия плёнки полилактида 52
3.4. Исследование структуры и молекулярного состава плёнки полилактида
методами комбинационного рассеяния света и ИК спектроскопии 53
3.5. Теплофизические свойства и степень кристалличности полимерных плёнок
полилактида 56
3.6. Исследование оптических свойств плёнки полилактида 57
3.7. Механические свойства плёнки полилактида 58
3.8. Определение влияния особенностей строения плёнки полилактида на процесс
биодеградации 60
3.9. Изменения молекулярной массы плёнки полилактида 61
3.10. Выводы по 3 главе 63
Глава 4. Получение и исследование трековых мембран на основе плёнки полилактида 64
4.1. Облучение тяжёлыми ионами 132Xe23+ плёнки полилактида 64
4.2. Травление исходной плёнки полилактида 66
4.2.1. Травление плёнки полилактида после облучения тяжёлыми ионами
132Xe23+ 69
4.2.2. Оценка диаметра пор трековых мембран на основе плёнки полилактида, полученных на пучке ионов 132Xe23+ 71
4.3. Исследование структуры и свойств биорезорбируемой трековой мембраны на
пучке ионов 132Xe23+ 74
4.4. Трековые мембраны, полученные облучением плёнки полилактида ионами
4He2+ 86
4.5. Исследование структуры и свойств биорезорбируемой трековой мембраны на
пучке ионов 4He2+ 90
4.6. Сравнительный анализ трековых мембран на пучках ионов 132Xe23+ и 4Не2'.. 98
4.7. Результаты исследования цитотоксичности полученных мембран 100
4.8. Биосовместимость разработанной биорезорбируемой трековой мембраны на
основе плёнки полилактида на биологических моделях in vivo 102
4.9. Выводы к 4 главе 114
Перечень принятых сокращений 116
Благодарности 117
Список литературы 118
Приложение А Акт внедрения в учебном процессе результатов диссертационной работы 135
Приложение Б Акт внедрения в научную деятельность результатов диссертационной работы 136
Актуальность и степень разработанности темы диссертационной работы. Буллезная кератопатия является ведущей причиной корнеального слабовидения на территории Российской Федерации в течение последних лет. В основе заболевания лежит нарушение функции эндотелиального слоя роговицы, что способствует развитию отека роговой оболочки, снижению зрения, появлению рецидивирующих эрозий и выраженного болевого симптома. Методы консервативного и хирургического лечения данного заболевания, предложенные на сегодняшний день, не всегда позволяют достичь эффективных и стабильных результатов.
Использование стволовых клеток, например, мононуклеаров клеток крови, обладающих функциональной полипотентностью и высокой
приспосабливаемостью, считается наиболее перспективным методом лечения. В то же время, процесс культивирования и подсаживания стволовых клеток на внутреннюю поверхность роговой оболочки с целью дальнейшего замещения эндотелиального дефекта требует использования специально разработанных подложек в связи с риском потери клеток в ходе манипуляций. Поэтому, необходимо создать шероховатую площадку для лучшей адгезии клеток и пористую структуру полимера, чтобы не ограничивать питание роговицы передней камеры глаза. Такую роль могут выполнять трековые мембраны, которые благодаря своим уникальным характеристикам, таким как возможность варьирования размеров пор и их количество на единицу площади в зависимости от функционального назначения, малая дисперсия пор по размерам, низкий уровень дефектности, высокая селективность могут создавать площадку для клеточного крепления и обеспечить питание тканей роговой оболочки.
На сегодняшний день в качестве полимерной матрицы для создания трековых мембран (ТМ) используют плёнки из поликарбоната (ПК), полиэтилентерефталата (ПЭТФ), полиимида (ПИ), полипропилена (ПП), полиэтиленнафталата (ПЭНФ), фторированных полимеров (поливинилиденфторида). Каждый из указанных полимеров имеет свои преимущества и недостатки, а также отработанную методику создания однородной пористой структуры методом ионно-трековой технологии. Однако в плане возможности применения мембраны в качестве временной клеточной подложки, указанные полимеры имеют один существенный недостаток - они нерастворимы в водной среде. В связи с этим, разработка трековых мембран (ТМ) на основе биоразлагаемых полимеров с контролируемым сроком деградации в качестве основы роста клеток, подсаженных in vivo, и использование их для восстановления и нормализации гидратации роговицы, становится крайне актуальным направлением в медицинском материаловедении.
Цель диссертационного исследования: Получение трековой мембраны на основе полилактида как биорезорбируемого роговичного имплантата для кератопластики.
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:
1. Получить биорезорбируемые тонкие плёнки на основе полилактида из раствора и изучить их структуру, физико-химические и механические характеристики.
2. Получить сквозные поры в плёнках полилактида, облученных пучком заряженных ионов (132Xe23+ и 4Не2+) посредством химического травления и выявить их размеры для полученных биорезорбируемых трековых мембран.
3. Исследовать морфологию поверхности и структуру полученных трековых мембран на основе плёнки полилактида, определить их функциональные характеристики.
4. Провести медико-биологические исследования полученных трековых мембран (ТМ) in vitro и in vivo.
Научная новизна диссертационной работы:
1. Установлена зависимость диаметра сквозных пор в биорезорбируемых плёнках полилактида толщиной (15,5 ± 0,5) мкм облучённых пучками тяжелых или легких ионов (132Xe23+ и 4He2+) от времени травления (от 10 до 30 минут) в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия температурой (44 ± 1) °С.
2. Показано, что полученные при равных условиях травления (время, концентрация, температура) трековые мембраны на основе облученной плёнки полилактида пучком ионов 132Xe23+ с диаметром пор 0,7 мкм и плотностью (3,2 ± 0,4) х 106 пор/см2 обладают оптимальным коэффициентом пропускания видимой области света (выше 92%) и более высокой прозрачностью по сравнению с трековыми мембранами на основе облученной плёнки полилактида пучком ионов 4Не2+ с диаметром пор 0,56 мкм и плотностью (0,062 ± 0,030) х 106 пор/см2.
3. Установлено, что разработанные биорезорбируемые трековые мембраны на основе плёнки полилактида не оказывают цитотоксического действия, биоинертны, что позволяет использовать их в качестве материала имплантата для кератопластики в доклинических исследованиях in vivo.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии понимания физико-химических процессов, протекающих в биорезорбируемых полимерных плёнках на основе полилактида после облучения пучком тяжелых ионов ксенона 132Xe23+ или лёгких ионов 4Не2' и последующего их щелочного травления.
Практическая значимость работы.
1. Полученные в работе тонкие плёнки на основе полилактида методом разлива применяются для выполнения научно-исследовательского проекта в НОЦ им. Б.П. Вейнберга ТПУ для изготовления мембран с целью применения их в офтальмологии. Подтверждено актом внедрения.
2. Разработана технология получения биорезорбируемых трековых мембран из плёнок полилактида посредством облучения потоком заряженных ионов (132Xe23+ с энергией 160 МэВ, 4Не2+ с энергией 28 МэВ) и последующим щелочным травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия.
3. Полученные биорезорбируемые трековые мембраны на основе плёнки полилактида могут быть использованы в качестве роговичного имплантата для кератопластики в доклинических исследованиях in vivo.
Методология и методы исследования. В диссертационной работе для изучения физико-химических свойств полимерной плёнки и трековых мембран на основе плёнки полилактида применялись следующие методы исследования: растровая электронная микроскопия (РЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), метод сидячей капли и измерение поверхностной энергии, гель-проникающая хроматография, ИК- спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния, поропроницаемость, а также метод одноосного испытания на растяжение.
Медико-биологическое обоснование применения трековых мембран на основе полилактида в кератопластике проведено с помощью исследований in vivo, in vitro. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программы Statistic;-! 6.0 (StatSoft).
Положения, выносимые на защиту.
1. Облучение плёнки полилактида тяжелыми ионами 132Xe23+ с энергией 1,2 МэВ/нуклон (160 МэВ) флюенсом 3,1 х 107 см-2 формирует в материале латентные треки, травление которых в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия позволяет получать биорезорбируемые трековые мембраны с диаметром пор от 0,6 мкм до 1,5 мкм.
2. Облучение плёнки полилактида потоком ионов 4Не2+ с энергией 7,0 МэВ/нуклон (28 МэВ) флюенсом 1,3 х 1013 см-2 с последующим травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия при температуре (44 ± 1) °С позволяет получить поры диаметром от 0,46 мкм до 0,65 мкм.
3. При одинаковых условиях травления в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия при температуре (44 ± 1) °С в течение 15 минут плёнок облученных разными типами ионов, получают трековые мембраны с краевым углом смачивания 0 = 70° - 73°, при этом трековые мембраны на пучке 132Xe23+ с диаметром пор 0,7 мкм обладают более высоким значением коэффициента пропускания света (92 - 96%) в области видимого спектра и шероховатостью 18 нм, чем трековые мембраны на пучке ионов 4Не2+ с диаметром пор 0,5 мкм, коэффициентом пропускания света (88 - 91%) и шероховатостью 7,5 нм.
4. Трековые мембраны, полученные при облучении плёнки полилактида ионами 132Xe23+ и 4He2+ с последующим травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия при температуре (44 ± 1) °С, не оказывают цитотоксического действия на изолированную культуру лейкоцитов крови и могут быть использованы для проведения статистически достоверных исследований in vivo в качестве материала имплантата для кератопластики.
Достоверность результатов обеспечивается использованием современного оборудования и методов исследования, их физико-технической и медикобиологической обоснованностью, согласованием экспериментальных результатов с литературными данными и отсутствием противоречий между полученными данными и результатами других авторов.
Личный вклад автора. Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены при личном участии автора. Им же осуществлены: выбор методов решения поставленных задач, подготовка полимерных плёнок и разработка трековых мембран, проведение и анализ полученных результатов экспериментальных исследований, апробация результатов на международных конференциях. Постановка задач и анализ результатов выполнены совместно с научным руководителем и соавторами опубликованных работ.
Реализация результатов работы. Результаты работы были использованы при выполнении научно-исследовательских работ по договору ГПХ № 21787 от 26.10.2018 по проекту ВИУ-НОЦ Б.П. Вейнберга-210/2018, а также внедрены в учебный процесс Инженерной школы ядерных технологий, НОЦ Б.П. Вейнберга ТПУ при изучении дисциплины «Плазменные технологии в биологии и медицине» в разделе «Использование ускорителей заряженных частиц в онкологии и для создания мембран» студентами специальности «14.03.02 Ядерные физика и технологии».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались во время представления устных докладов на следующих конференциях: Международной научно-технической молодежной конференции «Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения» (Россия, г. Томск, 2020); Eighth International conference on radiation in various fields of research. Virtual conference, (Herceg Novi, Montenegro, 2020); Международной конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» (Россия, г. Томск, 2019), 14th International Conference "Gas Discharge Plasmas and Their Applications" GDP 2019 (Russia, Tomsk,
2019) , Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Россия, г. Томск, 2018, 2019,
2020) , International conference «Materials science of the future: research, development, scientific training (MSF‘2019)» (Russia, Nizhni Novgorod, 2019), VIII Международной молодежной научной школе-конференции «Современные проблемы физики и технологий» (Россия, г. Москва, 2019).
Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 21 научных публикациях, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК России, 6 статей в журналах, входящих в базу данных SCOPUS и Web of Science.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников, включающего 154 наименования. Полный объём работы - 136 листов машинописного текста, в том числе 65 рисунков и 12 таблиц.
Использование стволовых клеток, например, мононуклеаров клеток крови, обладающих функциональной полипотентностью и высокой
приспосабливаемостью, считается наиболее перспективным методом лечения. В то же время, процесс культивирования и подсаживания стволовых клеток на внутреннюю поверхность роговой оболочки с целью дальнейшего замещения эндотелиального дефекта требует использования специально разработанных подложек в связи с риском потери клеток в ходе манипуляций. Поэтому, необходимо создать шероховатую площадку для лучшей адгезии клеток и пористую структуру полимера, чтобы не ограничивать питание роговицы передней камеры глаза. Такую роль могут выполнять трековые мембраны, которые благодаря своим уникальным характеристикам, таким как возможность варьирования размеров пор и их количество на единицу площади в зависимости от функционального назначения, малая дисперсия пор по размерам, низкий уровень дефектности, высокая селективность могут создавать площадку для клеточного крепления и обеспечить питание тканей роговой оболочки.
На сегодняшний день в качестве полимерной матрицы для создания трековых мембран (ТМ) используют плёнки из поликарбоната (ПК), полиэтилентерефталата (ПЭТФ), полиимида (ПИ), полипропилена (ПП), полиэтиленнафталата (ПЭНФ), фторированных полимеров (поливинилиденфторида). Каждый из указанных полимеров имеет свои преимущества и недостатки, а также отработанную методику создания однородной пористой структуры методом ионно-трековой технологии. Однако в плане возможности применения мембраны в качестве временной клеточной подложки, указанные полимеры имеют один существенный недостаток - они нерастворимы в водной среде. В связи с этим, разработка трековых мембран (ТМ) на основе биоразлагаемых полимеров с контролируемым сроком деградации в качестве основы роста клеток, подсаженных in vivo, и использование их для восстановления и нормализации гидратации роговицы, становится крайне актуальным направлением в медицинском материаловедении.
Цель диссертационного исследования: Получение трековой мембраны на основе полилактида как биорезорбируемого роговичного имплантата для кератопластики.
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:
1. Получить биорезорбируемые тонкие плёнки на основе полилактида из раствора и изучить их структуру, физико-химические и механические характеристики.
2. Получить сквозные поры в плёнках полилактида, облученных пучком заряженных ионов (132Xe23+ и 4Не2+) посредством химического травления и выявить их размеры для полученных биорезорбируемых трековых мембран.
3. Исследовать морфологию поверхности и структуру полученных трековых мембран на основе плёнки полилактида, определить их функциональные характеристики.
4. Провести медико-биологические исследования полученных трековых мембран (ТМ) in vitro и in vivo.
Научная новизна диссертационной работы:
1. Установлена зависимость диаметра сквозных пор в биорезорбируемых плёнках полилактида толщиной (15,5 ± 0,5) мкм облучённых пучками тяжелых или легких ионов (132Xe23+ и 4He2+) от времени травления (от 10 до 30 минут) в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия температурой (44 ± 1) °С.
2. Показано, что полученные при равных условиях травления (время, концентрация, температура) трековые мембраны на основе облученной плёнки полилактида пучком ионов 132Xe23+ с диаметром пор 0,7 мкм и плотностью (3,2 ± 0,4) х 106 пор/см2 обладают оптимальным коэффициентом пропускания видимой области света (выше 92%) и более высокой прозрачностью по сравнению с трековыми мембранами на основе облученной плёнки полилактида пучком ионов 4Не2+ с диаметром пор 0,56 мкм и плотностью (0,062 ± 0,030) х 106 пор/см2.
3. Установлено, что разработанные биорезорбируемые трековые мембраны на основе плёнки полилактида не оказывают цитотоксического действия, биоинертны, что позволяет использовать их в качестве материала имплантата для кератопластики в доклинических исследованиях in vivo.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии понимания физико-химических процессов, протекающих в биорезорбируемых полимерных плёнках на основе полилактида после облучения пучком тяжелых ионов ксенона 132Xe23+ или лёгких ионов 4Не2' и последующего их щелочного травления.
Практическая значимость работы.
1. Полученные в работе тонкие плёнки на основе полилактида методом разлива применяются для выполнения научно-исследовательского проекта в НОЦ им. Б.П. Вейнберга ТПУ для изготовления мембран с целью применения их в офтальмологии. Подтверждено актом внедрения.
2. Разработана технология получения биорезорбируемых трековых мембран из плёнок полилактида посредством облучения потоком заряженных ионов (132Xe23+ с энергией 160 МэВ, 4Не2+ с энергией 28 МэВ) и последующим щелочным травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия.
3. Полученные биорезорбируемые трековые мембраны на основе плёнки полилактида могут быть использованы в качестве роговичного имплантата для кератопластики в доклинических исследованиях in vivo.
Методология и методы исследования. В диссертационной работе для изучения физико-химических свойств полимерной плёнки и трековых мембран на основе плёнки полилактида применялись следующие методы исследования: растровая электронная микроскопия (РЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), метод сидячей капли и измерение поверхностной энергии, гель-проникающая хроматография, ИК- спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния, поропроницаемость, а также метод одноосного испытания на растяжение.
Медико-биологическое обоснование применения трековых мембран на основе полилактида в кератопластике проведено с помощью исследований in vivo, in vitro. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программы Statistic;-! 6.0 (StatSoft).
Положения, выносимые на защиту.
1. Облучение плёнки полилактида тяжелыми ионами 132Xe23+ с энергией 1,2 МэВ/нуклон (160 МэВ) флюенсом 3,1 х 107 см-2 формирует в материале латентные треки, травление которых в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия позволяет получать биорезорбируемые трековые мембраны с диаметром пор от 0,6 мкм до 1,5 мкм.
2. Облучение плёнки полилактида потоком ионов 4Не2+ с энергией 7,0 МэВ/нуклон (28 МэВ) флюенсом 1,3 х 1013 см-2 с последующим травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия при температуре (44 ± 1) °С позволяет получить поры диаметром от 0,46 мкм до 0,65 мкм.
3. При одинаковых условиях травления в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия при температуре (44 ± 1) °С в течение 15 минут плёнок облученных разными типами ионов, получают трековые мембраны с краевым углом смачивания 0 = 70° - 73°, при этом трековые мембраны на пучке 132Xe23+ с диаметром пор 0,7 мкм обладают более высоким значением коэффициента пропускания света (92 - 96%) в области видимого спектра и шероховатостью 18 нм, чем трековые мембраны на пучке ионов 4Не2+ с диаметром пор 0,5 мкм, коэффициентом пропускания света (88 - 91%) и шероховатостью 7,5 нм.
4. Трековые мембраны, полученные при облучении плёнки полилактида ионами 132Xe23+ и 4He2+ с последующим травлением в 1 молярном водном растворе гидроксида натрия при температуре (44 ± 1) °С, не оказывают цитотоксического действия на изолированную культуру лейкоцитов крови и могут быть использованы для проведения статистически достоверных исследований in vivo в качестве материала имплантата для кератопластики.
Достоверность результатов обеспечивается использованием современного оборудования и методов исследования, их физико-технической и медикобиологической обоснованностью, согласованием экспериментальных результатов с литературными данными и отсутствием противоречий между полученными данными и результатами других авторов.
Личный вклад автора. Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены при личном участии автора. Им же осуществлены: выбор методов решения поставленных задач, подготовка полимерных плёнок и разработка трековых мембран, проведение и анализ полученных результатов экспериментальных исследований, апробация результатов на международных конференциях. Постановка задач и анализ результатов выполнены совместно с научным руководителем и соавторами опубликованных работ.
Реализация результатов работы. Результаты работы были использованы при выполнении научно-исследовательских работ по договору ГПХ № 21787 от 26.10.2018 по проекту ВИУ-НОЦ Б.П. Вейнберга-210/2018, а также внедрены в учебный процесс Инженерной школы ядерных технологий, НОЦ Б.П. Вейнберга ТПУ при изучении дисциплины «Плазменные технологии в биологии и медицине» в разделе «Использование ускорителей заряженных частиц в онкологии и для создания мембран» студентами специальности «14.03.02 Ядерные физика и технологии».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались во время представления устных докладов на следующих конференциях: Международной научно-технической молодежной конференции «Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения» (Россия, г. Томск, 2020); Eighth International conference on radiation in various fields of research. Virtual conference, (Herceg Novi, Montenegro, 2020); Международной конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» (Россия, г. Томск, 2019), 14th International Conference "Gas Discharge Plasmas and Their Applications" GDP 2019 (Russia, Tomsk,
2019) , Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Россия, г. Томск, 2018, 2019,
2020) , International conference «Materials science of the future: research, development, scientific training (MSF‘2019)» (Russia, Nizhni Novgorod, 2019), VIII Международной молодежной научной школе-конференции «Современные проблемы физики и технологий» (Россия, г. Москва, 2019).
Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 21 научных публикациях, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК России, 6 статей в журналах, входящих в базу данных SCOPUS и Web of Science.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемых источников, включающего 154 наименования. Полный объём работы - 136 листов машинописного текста, в том числе 65 рисунков и 12 таблиц.
1. Установлено, что облучение тяжёлыми ионами 132Xe23+ энергией 160 МэВ и/или ионами 4Не2+ энергией 28 МэВ позволяет сформировать латентные треки в плёнке полилактида;
2. Установлено, что наиболее эффективным режимом получения трековых мембран на основе биодеградируемой плёнки полилактида, облучённой ионами 132Xe23+, является травление треков в 1 М растворе NaOH при температуре 44 ± 1 °С. Варьирование времени нахождения плёнок в травителе позволяет получать поры контролируемого диаметра.
3. Выявлено предельное время нахождения в травителе биорезорбируемых плёнок из полилактида, облучённых тяжелыми ионами 132Xe23+, которое составляет 20 минут. Дальнейшее выдерживание образца в травителе, приводит к деформированию, многократному наложению пор, к потере прочности и к разрушению трековой мембраны.
4. Облучение потоком ионов 4Не2+ с энергией 28 МэВ плёнки полилактида и последующее её травление в 1 М растворе гидроксида натрия при температуре 44 °С приводит к образованию пор диаметром от 0,47 до 0,65 мкм и открыло новые возможности в создании трековых мембран.
5. Выявлено, что в биорезорбируемой плёнке, облучённой ионами 4Не2+, в отличие от облучённой ионами 132Xe23+ травление в гидроксиде натрия при температуре 38 °С от 5 до 25 минут не позволяет сформировать сквозные поры, при этом температура раствора 50 °С значительно увеличивается скорость растравливания треков в плёнках в обоих случая и приводит к разрушению мембраны.
6. Установлено, что ТМ на основе плёнки полилактида обладают свойствами, близкими к гидрофобным с краевым углом смачивания (0) 70° - 73°, при этом шероховатость не оказывает заметного влияния на величину 0.
7. Облучение пучком ионов 132Xe23+ плёнки полилактида и последующее ее травление в 1 молярном растворе NaOH при температуре (44 ± 1) °С в течение 15 минут позволяют сформировать трековую мембрану с большим диаметром пор 0,7 мкм, более шероховатой поверхностью 18 нм и высоким значением коэффициента пропускания (92 - 96%) в области видимого спектра, чем у трековых мембран, полученных облучением пучком ионов 4Не2+ при тех же условиях травления.
8. Передний эпителий роговицы при имплантации ТМ на основе плёнки полилактида не претерпевает изменений и представлен эпителиоцитами с нормохромными ядрами и органеллами с нормальной структурой.
9. По результатам in vitro и in vivo трековые мембраны на пучках ионов 132Xe23+ и 4Не2+ на основе биорезорбируемой плёнки полилактида не оказывают цитотоксического действия, не приводит к воспалительным процессам, повышению внутриглазного давления и другим послеоперационным осложнениям и могут быть предложены в качестве материала для дальнейших клинических исследований в области лечения буллезной кератопатии.
2. Установлено, что наиболее эффективным режимом получения трековых мембран на основе биодеградируемой плёнки полилактида, облучённой ионами 132Xe23+, является травление треков в 1 М растворе NaOH при температуре 44 ± 1 °С. Варьирование времени нахождения плёнок в травителе позволяет получать поры контролируемого диаметра.
3. Выявлено предельное время нахождения в травителе биорезорбируемых плёнок из полилактида, облучённых тяжелыми ионами 132Xe23+, которое составляет 20 минут. Дальнейшее выдерживание образца в травителе, приводит к деформированию, многократному наложению пор, к потере прочности и к разрушению трековой мембраны.
4. Облучение потоком ионов 4Не2+ с энергией 28 МэВ плёнки полилактида и последующее её травление в 1 М растворе гидроксида натрия при температуре 44 °С приводит к образованию пор диаметром от 0,47 до 0,65 мкм и открыло новые возможности в создании трековых мембран.
5. Выявлено, что в биорезорбируемой плёнке, облучённой ионами 4Не2+, в отличие от облучённой ионами 132Xe23+ травление в гидроксиде натрия при температуре 38 °С от 5 до 25 минут не позволяет сформировать сквозные поры, при этом температура раствора 50 °С значительно увеличивается скорость растравливания треков в плёнках в обоих случая и приводит к разрушению мембраны.
6. Установлено, что ТМ на основе плёнки полилактида обладают свойствами, близкими к гидрофобным с краевым углом смачивания (0) 70° - 73°, при этом шероховатость не оказывает заметного влияния на величину 0.
7. Облучение пучком ионов 132Xe23+ плёнки полилактида и последующее ее травление в 1 молярном растворе NaOH при температуре (44 ± 1) °С в течение 15 минут позволяют сформировать трековую мембрану с большим диаметром пор 0,7 мкм, более шероховатой поверхностью 18 нм и высоким значением коэффициента пропускания (92 - 96%) в области видимого спектра, чем у трековых мембран, полученных облучением пучком ионов 4Не2+ при тех же условиях травления.
8. Передний эпителий роговицы при имплантации ТМ на основе плёнки полилактида не претерпевает изменений и представлен эпителиоцитами с нормохромными ядрами и органеллами с нормальной структурой.
9. По результатам in vitro и in vivo трековые мембраны на пучках ионов 132Xe23+ и 4Не2+ на основе биорезорбируемой плёнки полилактида не оказывают цитотоксического действия, не приводит к воспалительным процессам, повышению внутриглазного давления и другим послеоперационным осложнениям и могут быть предложены в качестве материала для дальнейших клинических исследований в области лечения буллезной кератопатии.
