Моделирование использования АСМ при исследовании полиуретановых образцов с карбонизированной поверхностью

Аннотация

Одной из важнейших характеристик используемых в современной медицинской практике полиуретановых эндопротезов является качество их поверхности. Как правило, такие изделия покрываются специальным карбонизированным нанослоем для улучшения биосовместимости с живой тканью. С точки зрения механических свойств эти слои не обладают столь высокой эластичностью как полиуретан и подвержены возникновению в них хрупких микроповреждений. Поэтому надежное определение наличия и распределения микротрещин в наноуглеродном слое на поверхности эндопротеза является важным фактором для оценки биосовместимости и возможной травматичности живых тканей в зоне контакта. В статье представлены результаты компьютерного моделирования контактного взаимодействия зонда АСМ с полиуретановыми образцами, имеющими карбонизированное нанопокрытие. Основная задача исследований состояла в поиске ответа на вопрос о том, можно ли с помощью атомно-силовой микроскопии определить наличие микроповреждений в скрытом под карбонизированным покрытием полиуретане и произвести их классификацию. Очевидно, что их наличие может существенно усугубить повреждающее воздействие поверхностных трещин на живую биологическую ткань при деформировании эндопротеза. Рассматривались три варианта локальных микроповреждений, которые могут возникнуть в таких образцах: а) имеется вертикальная трещина в углеродном нанослое, повреждения в полиуретане отсутствуют; б) к вертикальной трещине в нанослое добавлено когезионное повреждение полиуретана (вертикальная трещина); в) к вертикальной трещине в нанослое добавлено адгезионное отслоение между слоем и полиуретаном (горизонтальная трещина). Компьютерное моделирование показало, что с помощью атомно-силовой микроскопии можно достаточно точно определять наличие микротрещин в поверхностном углеродном нанослое, в то время как скрытые под ним микроповреждения собственно полиуретана на наноиндентацию влияют существенно слабее.