Исследование стойкости лекарственного покрытия на медицинских стентах

DOI:

Сердечно-сосудистые заболевания, обусловленные атеросклерозом, остаются наиболее актуальной проблемой здравоохранения, несмотря на существенный прогресс последних десятилетий в сфере диагностики и лечения кардиоваскулярной патологии. Одним из эффективных методов лечения сердечно-сосудистых заболеваний является малоинвазивный метод хирургического вмешательства – стентирование. Структура стента в виде металлической сетки цилиндрической формы дает возможность доставлять имплант к месту установки в сжатом состоянии, а на месте – расширять до необходимого сосуду размера. Для снижения риска развития рестеноза в медикаментозной терапии используются стенты с лекарственным покрытием [4–9]. Несмотря на то, что стенты снижают риск повторной закупорки сосуда, до настоящего времени не удается полностью предотвратить развитие рестеноза. В связи с этим, работы по разработке состава лекарственных покрытий и методов их нанесения на металлические поверхности медицинского стента, являются актуальными.

Для изготовления коронарных стентов одним из доступных, а потому и распространенным сплавом является нержавеющая аустенитная сталь 316L (импортное производство) или 03Х17Н14М3 (отечественный аналог), в состав которого входят железо (60–65 %), хром (17–18 %), никель (12–14 %) и молибден (2– 3 %). Несмотря на слабую рентгеноконтраст-ность, данный материал имеет высокие антикоррозионные свойства, радиальную прочность, достаточную пластичность и высокую биосовместимость с клетками крови [3].

В работах [1; 2] представлены результаты по разработке лекарственного покрытия на основе поливинилпирролидона с добавлением ацетилсалициловой кислоты (АСК) электрохимическим осаждением. Покрытие на основе по-ливинилпирролидона является перспективным для транспортировки и высвобождения лекарственного средства, поскольку данный полимер обладает отличной биосовместимостью с тканями организма, способствует выведению токсинов из организма и увеличивает действие лекарственных препаратов. Ацетилсалициловая кислота является антиагрегантом и потому предотвращает возникновение тромбов, тем самым повышая реологию (текучесть) крови.

Универсальным методом получения неметаллических покрытий для медицинских стентов является электрофоретическое осаждение, поскольку процесс не повреждает структуру и свойства биологически активных материалов. И в отличие от других процессов осаждения, используемых в настоящее время, его можно использовать при стандартной температуре и давлении окружающей среды на сложных формах без дорогостоящего оборудования. Ранее были выявлены оптимальные параметры нанесения лекарственного покрытия: сила тока I = 5 мА, время осаждения – 20 минут [1; 2].

Исследование покрытий оптическими методом показало границу между нанесенной и ненанесенной поверхностью исследуемой стали, что свидетельствует о том, что атомы пленки сильнее взаимодействуют с атомами подложки, чем друг с другом, провоцируя механизм послойного роста Франка – Ван-дер-Мерве. При таком механизме рост покрытия происходит равномерно. Результаты приведены на рисунке 1.

Толщина лекарственного покрытия на основе поливинилпирролидона с ацетилсалициловой кислотой, нанесенного электрохимическим осаждением на подложку из хромоникельмолибденового сплава, была определена с помощью сканирующего электронного микроскопа Phenom XL, обеспечивающего увеличение до х 100000. Источником электронов является электронная пушка с катодом из гексаборида церия. Микроскоп имеет полупроводниковый детектор обратно-рассеянных электронов и детектор вторичных электронов, обеспечивающий получение изображений в режиме SE.

Из рисунка 2, б видно, что лекарственное покрытие наносится в основном квазиравномерно. Толщина покрытия варьируется от 360 до 600 нм.

При выборе лекарственного покрытия необходимо учитывать и коррозионную стойкость материала с нанесенным лекарственным покрытием.

Коррозионные испытания образцов проводились посредством метода поляризационного сопротивления. Метод, основанный на измерении поляризационного сопротивления, является одним из эффективных методов оценки коррозионной стойкости металла.

а                                         б

Рис. 1. Поверхность исследуемой стали при х 100: а – без покрытия; б – с покрытием

Рис. 2. Вид лекарственного покрытия: а - при х 16; б - при х 2500

Для определения коррозионной стойкости исследуемых образцов и регистрирования вольтамперограмм использовали установку, состоящую из электрохимической ячейки, термопары, потенциостата-гальваностата Р-40Х, предназначенного для исследования электрохимических процессов на границе раздела электрод-электролит. Принцип работы установки основан на электролизе по трехэлектродной схеме. В качестве индикаторного (рабочего) электрода использовался образец из хромоникельмолибденовой стали, в качестве электрода сравнения – хлорсеребряный электрод, а платиновый электрод – в качестве вспомогательного электрода. В электрохимической ячейке с помощью термопары поддерживалась постоянная температура.

Образцы, на которых было нанесено лекарственное покрытие с разной концентрацией ацетилсалициловой кислоты (от 0,002М до 0,01М), поочередно подвергались взаимодействию с модельной жидкостью (раствор Рингера-Локка), имитирующий состав плазмы крови. Подбор потенциала выдержки подбирался экспериментально – до стабилизации тока в течении 0,5 ÷ 1 часа. Вольтамперограммы фиксировались в режиме циклической вольтамперометрии (ЦВА) при скорости развертки потенциала 0,4 ÷ 0,6 мВ/сек.

Характер вольтамперограммы образца из хромоникельмолибденовой стали без покрытия, взятого для сравнительного анализа, представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Вольтамперограмма образца без покрытия в растворе Рингера – Локка

В интервале значений потенциалов от –570 до –250 мВ растворение исследуемого образца практически не наблюдается. В диапазоне потенциалов от –250 до –190 мВ наблюдается активное растворение стали, что сопровождается резким ростом плотности тока. Увеличение поляризационного сопротивления свидетельствует о замедлении (торможении) коррозионного процесса.

Вольтамперограммы образцов с нанесенными полимерными покрытиями с различным содержанием ацетилсалициловой кислоты представлены на рисунках 4 и 5 (общий вид вольтамперограмм). У образца с полимерным покрытием, но без добавления ацетилсалициловой кислоты (см. рис. 4, а ) активное анодное растворение происходит на отметке –350 мВ, тогда как с добавлением максимально допустимой концентрации ацетилсалициловой кислоты (см. рис. 4, д ) на отметке –180 мВ. Следовательно, время до наступления фазы активного растворения стали увеличивается в 1,2 раза.

В таблице 1 представлены результаты коррозионных исследований для всех экспериментальных образцов, скорость коррозии рассчитана по формуле vcorr = jcorr * 0,011655, где vcorr – скорость коррозии; jcorr – плотность тока коррозии, мкА/см2.

Из таблицы 1 видно, что наилучшим показателем плотности тока коррозии и максимальным поляризационным сопротивлением обладает лекарственное покрытие, в состав которого входит поливинилпирролидон и максимально концентрация ацетилсалициловой кислоты (образец № 6).

Полученные экспериментальные данные показывают (см. рис. 6), что зависимость коррозионной стойкости лекарственного покрытия увеличивается с увеличением концентрации ацетилсалициловой кислоты.

Для количественной и качественной оценки коррозионной стойкости металлов применяется десятибалльная шкала коррозионной стойкости по ГОСТ 9.908-85 [2]. Результаты сравнительной оценки коррозионной стойкости представлены в таблице 2.

Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что коррозионная стойкость металла снижается при нанесении полимерного покрытия с низким содержанием ацетилсалициловой кислоты относительно металла без полимерного покрытия (образцы № 3 и № 4) в 1,5 и 1,25 раза соответственно, а полимерное покрытие, не обладающее в своем составе ацетилсалициловой кислоты, снижает коррозионную стойкость в 2,5 раза (образец № 2). Вероятно, причиной таких результатов являются частицы соли хлорида натрия, привнесенные при синтезе покрытий, поскольку раствор хлорида натрия обладает высокой электропроводностью. Однако увеличение концентрации ацетилсалициловой кислоты в составе лекарственного покрытия до 0,01М коррозионно-защитные свойства хромоникельмолибденовой стали повышаются в 4 раза (образец № 6).

Рис. 4. Вольтамперограммы образцов с полимерным покрытием в растворе Рингера – Локка, полученные методом циклической вольтамперометрии:

а – без добавления АСК; б – с добавлением 0,002М АСК; в – с добавлением 0,005М АСК;

г – с добавлением 0,007М АСК; д – с добавлением 0,01М АСК

Рис. 5. Общий вид вольтамперограмм образцов

Результаты коррозионных исследований

№	Образец	j corr , мкА/см2	v corr , мм/год
1	Без покрытия	3,37	0,04
2	ПВП 20%+NaCl 20%	8,54	0,1
3	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,002М	5,43	0,06
4	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,005М	4,35	0,05
5	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,007М	3,12	0,04
6	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,01М	1,07	0,01

Скорость коррозии, мм/год

Рис. 6. Зависимости скорости коррозии полученного покрытия от концентрации ацетилсалициловой кислоты

Таблица 1

Таблица 2

Сравнительная оценка коррозионной стойкости

№	Образец	Скорость коррозии, мм/год	Коррозионная стойкость
			Баллы стойкости	Группа стойкости
1	Без покрытия	0,04	4	Стойкие
2	ПВП 20%+NaCl 20%	0,1	5	Стойкие
3	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,002М	0,06	5	Стойкие
4	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,005М	0,05	4	Стойкие
5	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,007М	0,04	4	Стойкие
6	ПВП 20%+NaCl 20%+АСК 0,01М	0,01	3	Весьма стойкие

Таким образом, коррозионные испытания методом поляризационного сопротивления показали, что нанесение лекарственного покрытия на основе поливинилпирролидона с 0,01М ацетилсалициловой кислотой увеличивает коррозионную стойкость хромоникельмолибденовых сплавов медицинских стентов.