Исследование реакции тромбоцитов на a-C:H:SiOx покрытие, полученное методом плазмохимического осаждения с использованием импульсного биполярного смещения

Цель. Изучить в эксперименте in vitro адгезию тромбоцитов к a-C:H:SiOx пленке на титане для оценки ее атромбогенного потенциала.

Материалы и методы. Тонкие (менее 1 мкм) a-C:H:SiOx пленки наносили на титановые пластины марки ВТ-6 размером 10 × 10 мм2 и толщиной 0,2 мм с помощью вакуумной  ионно-плазменной установки с использованием импульсного биполярного смещения.  Шероховатость поверхности оценивали согласно ГОСТ 2789-73 с помощью атомно-силового микроскопа. Исследуемые образцы культивировали при 37 °C в течение 30 мин в плазме крови человека, обогащенной тромбоцитами, подготавливали для сканирующей электронной микроскопии, после чего подсчитывали плотность  распределения кровяных пластинок, адгезирующих к исследуемому покрытию.

Результаты. При одинаковом индексе шероховатости исследуемых образцов a-C:H:SiOx пленка в 116 раз снижала (в сравнении с необработанным титаном) количество  тромбоцитов на 1 мм2 поверхности.

Заключение. Формирование на поверхности титанового сплава ВТ-6 тонкой пленки состава a-C:H:SiOx методом плазмохимического осаждения с использованием  импульсного биполярного смещения значительно снижает плотность распределения  тромбоцитов в сравнении с необработанной металлической поверхностью. Полученные in vitro данные предполагают существенный атромбогенный потенциал данного вида покрытий на поверхности устройств, контактирующих с кровью.

1. Ali N., Kousar Y., Okpalugo T. I., Singh V., Pease M., Ogwu A.A., Jackson M.J. Human micro-vascular endothelial cell seeding on Cr-DLC thin films for mechanical heart valve applications. Thin Solid Films. 2006; 515 (1): 59–65. DOI: 10.16/j.tsf.2005.12.023.

2. Goodman S.L., Tweden K.S., Albrecht R.M. Platelet interaction with pyrolytic carbon heart valve leaflets. Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of The Society for Biomaterials and The Japanese Society for Biomaterials. 1996; 32 (2): 249–258. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4636(199610)32:2<249::AID-JBM15>3.0.CO;2-E.

3. Love C.A., Cook R.B., Harvey T.J., Dearnley P.A., Wood R.J.K. Diamond like carboncoatings for potential application in biological implants – a review. Tribology International. 2013; 63 (2013): 141–150. DOI: 10.1016/j.triboint.2012.09.006.

4. Dearnaley G., Arps J.H. Biomedical applications of diamond-like carbon (DLC) coatings: a review. Surface & Coatings Technology. 2005; 200 (7): 2518–2524. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.07.007.

5. Kwok S.C.H., Wang J., Chu P.K. Surface energy, wettability, and blood compatibility phosphorus doped diamond-like carbon films. Diamond and Related Materials. 2005; 14 (1): 78–85. DOI: 10.1016/j.diamond.2004.07.019.

6. Sheeja D., Tay B.K., Nung L.N. Tribological characterization of surface modified UHMWPE against DLC-coated Co–Cr–Mo. Surface & Coatings Technology. 2005; 190 (2–3): 231–237. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.02.051.

7. Bociaga D., Sobczyk-Guzenda A., Komorowski P., Balcerzak J., Jastrzebski K., Przybyszewska K., Kaczmarek A. Surface characteristics and biological evaluation of Si-DLC coatings fabricated using magnetron sputtering method on Ti6Al-7Nb Substrate. Nanomaterials. 2019; 9 (6): 812. DOI: 10.3390/nano9060812.

8. Grenadyorov A.S., Solovyev А.А., Oskomov K.V., Rabotkin S.V., Elgin Y.I., Sypchenko V.S., Ivanova N.M. Effect of substrate bias and substrate/plasma generator distance on properties of a-C:H:SiOx films synthesized by PACVD. Thin Solid Films. 2019; 669: 253–261. DOI: 10.1016/j.tsf.2018.11.005.

9. Lopes F.S., Oliveira J.R., Milani J., Oliveira L.D., Machado J.P.B., Trava-Airoldi V.J., Marciano F.R. Biomineralized diamond-like carbon films with incorporated titanium dioxide nanoparticles improved bioactivity properties and reduced biofilm formation. Materials Science and Engineering: C. 2017; 81: 373–379. DOI: 10.1016/j.msec.2017.07.043.

10. Wen F., Liu J., Xue J. The Studies of Diamond-Like Carbon Films as Biomaterials: review. Colloid and Surface Science. 2017; 2 (3): 81. DOI: 10.11648/j.css.20170203.11.

11. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. Руководство. М.: Медицина, 1990: 384.

12. Grenadyorov A.S., Solovyev А.А., Oskomov K.V., Onischenko S.A., Chernyavskiy A.M., Zhulkov M.O., Kaichev V.V. Modifying the surface of a titanium alloy with an electron beam and a-C:H:SiOx coating deposition to reduce hemolysis in cardiac assist devices. Surface and Coatings Technology. 2020; 381: 125113. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.125113.

13. Bociaga D., Kaminska M., Sobczyk-Guzenda A., Jastrzebski K., Swiatek L., Olejnik A. Surface properties and biological behaviour of Si-DLC coatings fabricated by a multi-target DC–RF magnetron sputtering method for medical applications. Diamond and Related Materials. 2016; 67: 41–50. DOI: 10.1016/j.diamond.2016.01.025.

14. Yang P., Huang N., Leng Y.X., Chen J.Y., Fu R.K.Y., Kwok S.C.H., Chu P. K. Activation of platelets adhered on amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films synthesized by plasma immersion ion implantation-deposition (PIII-D). Biomaterials. 2003; 24 (17): 2821–2829. DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00091-7.

15. Коков Л.С., Капранов С.А., Долгушин Б.И., Троицкий А.В., Протопопов А.В., Мартов А.Г. Сосудистое и внутриорганное стентирование. М.: Изд. дом «Грааль», 2003: 384.

16. Sawyer P.M., Janczuk B., Bruque J. Materials with negative charge surface and their blood compatibility. Tasaio. 1964; 10 (3): 316–321.

17. Ikada Y. Blood-compatible polymers. Polymers in medicine. Springer, Berlin, Heidelberg, 1984: 103–140.

18. Пичугин В.Ф., Сурменева М.A., Сурменев Р.А., Хлусов И.А., Эппле М. Исследование физико-химических и биологических свойств кальцийфосфатных покрытий, созданных методом ВЧ- магнетронного распыления кремнийзамещенного гидроксиапатита. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2011; 9: 54–61. DOI: 10.1134/S1027451011090138.