Укрепление биоразлагаемых полимеров мельчайшими наноалмазами может сделать их достаточно прочными для изготовления хирургических винтов, которые просто растворяются после выполнения своей задачи.
Выступая на конференции Научно-исследовательского общества материаловедения в Бостоне, США, Иоаннис Нейтцел (Ioannis Neitzel), член группы Юрия Гогоци (Jury Gogotsi) из Университета Дрексела в Филадельфии (Drexel University), объяснил, что наноалмазы можно считать идеальным средством укрепления полимеров для биологического использования, так как они полностью биосовместимы и не нарушают клеточных процессов.
Однако это сложнее, чем просто смешать алмазы с выбранными полимерами, отмечает ученый. Ключом к успеху здесь является соответствие химии поверхности наноалмазов свойствам полимера. Без определенной модификации наноалмазы в полимере проявляют тенденцию слипаться, «так что при растяжении полимера вы просто разрушите агломераты и не получите преимуществ от свойств алмазов».
Чтобы избежать этого, исследователи использовали преимущество того факта, что поверхность наноалмазов покрыта функциональными карбоксилатными группами. Путем преобразования их в амиды с октадециламином они получили наноалмазы с гидрофобной поверхностью, соответствующей гидрофобной поли-L-молочной кислоте (PLLA), которую собирались укрепить. PLLA отличается хорошей биосовместимостью и способностью к биодеградации, но сама по себе не обладает механической прочностью, достаточной для ее использования в биомедицинских приложениях.
«Гидрофобные цепочки на наноалмазах и гидрофобный полимерный матрикс смешиваются, как спагетти, и это помогает диспергировать алмазы», - объясняет Нейтцел. «Достигается сильное взаимодействие с полимером, что улучшает его механические свойства».
При добавлении 10 процентов наноалмазов композиты становятся в три раза более жесткими и в девять раз более твердыми по сравнению с чистой PLLA, что делает их более подходящими для изготовления, например, хирургических болтов для закрепления сломанных костей.
«К наноалмазам для композитов существует большой интерес, так как они не только отличаются очень большой твердостью, но и имеют интересную химию поверхности», - говорит Милош Несладек (Milos Nesladek), изучающий их в Университете Хасселта (Hasselt University) в Бельгии. Он предполагает, что эта работа может быть объединена с другими исследованиями по связыванию лекарственных препаратов с поверхностью наноалмазов для производства медицинских имплантов, способных по мере их деградации высвобождать препараты, способствующие заживлению или уменьшающие воспаление.