Polimēri Medicīnas inženierijas un fizikas bakalaura studiju programmas kursa students Vladislavs Minalto

3. POLIMĒRU PIELIETOJUMI MEDICĪNĀ 
Ir ļoti daudz dažādu polimēru, kas ir pielietoti medicīnā daudzveidīgiem mērķiem, tādēļ 
šajā nodaļā tiks minēti tikai daži no polimēru izmantošanas medicīnas sfērā piemēriem. 
Polimēri tiek izmantoti medicīniskajā tehnikā. Polimēru izmantošana medicīniskajā 
rūpniecībā deva iespēju atrast izcilu aizvietotāju stiklam un metāliem. Galvenās priekšrocības 
polimēriem salīdzinot ar stiklu un metāliem ir: ievērojami mazāks svars, ekonomiskums, 
paaugstināta izturība pret dažādām ķīmiskajām vidēm, kā arī iespēja vienreizējās lietošanas 
instrumentu ražošanai.
Prasības polimēriem detaļu un medicīniskās tehnikas elementu ražošanai: 
˃ Fizikāli-mehānisko raksturotāju komplekss, kas ir atkarīgs no noteikta pielietojuma un no 
detaļas konstrukcijas; 
˃ Augsta ķīmiskā izturība pret šķidrām vidēm; 
˃ Minimāls viegli gaistošu komponenšu saturs, tas ir, pilna smakas neesamība; 
˃ Iespēja radiācijas un siltuma sterilizācijai; 
˃ Nespēja ietekmēt šķidru medicīnisko preparātu, kas atrodas kontaktā ar polimēru 
materiāliem, sastāvu. 
Medicīniskās tehnikas ārējo un iekšējo detaļu ražošanai ir plaši pielietotas vispārīgas un 
speciālas pielietošanas inženierplastmasas tādas kā ABS (akrilonitrila butadiēna stirola) 
plastmasa, polikarbonāts PC, polibutilentereftalāts PBT, poliamīds PA, polimetilmetakrilāts 
PMMA. ABS plastmasa ir izmantota gaisa dezinfekcijas iekārtām, ķīmiskās dezinfekcijas 
konteineriem, un lielākās daļas medicīnisko ierīču korpusu izgatavošanai.
Polimēru materiāli ir arī izmantoti medicīniskā personāla apģērbju (2.1. att.) un apavu 
(2.2. att.) ražošanai. Lielākoties apģērbi tiek ražoti no speciālām polipropilēna markām ar augstu 
plūstamību. Arvien biežāk tiek pielietoti daudzslāņaini materiāli. 
Medicīniskie apavi tiek izgatavoti no etilēnvinilacetāta EVA un poliolefīna elastomēra 
POE. Apģērbju, izgatavotu no POE, priekšrocības ir mazs izstrādājumu svars, izturība pret 
mitrumu un ekoloģiskums. POE pievienošana apavu materiālos ļauj ievērojami paaugstināt 
izturību pret ārējām iedarbībām, elasticitāti un apavu mīkstumu. 
Polimēru materiāliem tika atrasts pielietojums arī aizsargbriļļu un ekrānu, izmantojamu 
medicīnā, ražošanā. Augstcaurspīdīgu izstrādājumu ražošanai galvenokārt izmanto 
polimetilmetakrilātu PMMA un polikarbonātu PK. Aizsargekrānu montāžas elementi var būt 
izgatavoti no elastomēriem uz termoplastiska elastomēra stirola TPEs vai no poliolefīna TPO 
pamata [22].

---

15 
2.1. att. Medicīniskā personāla apģērbju uz polimēru pamata piemēri. 
2.2. att. Medicīniskā personāla apavu uz polimēru pamata piemērs. 
Pastāv polimēri ar formas atmiņu, kuri var tikt atgriezeniski deformēti – tie var pēc 
deformēšanas atgriezties sākotnējā formā pateicoties stimulam, kas var būt pH, temperatūra, 
magnētiskais lauks vai gaisma. Tādiem polimēriem ir daudz pielietojumu biomedicīnā: 
medikamentu piegādes ierīces, asinsvadu stenti, recekļu noņemšanas ierīces, šuves, 
ortodontiskā terapija. 
Tiek izmantotas ne tikai polimēru mehāniskās īpašības, bet arī funkcionālās īpašības. 
Puscaurlaidīga membrāna no polimēriem, precīzāk, no celulozes, tiek izmantota hemodialīzei 
vai kā medikamentu piegādes ierīces. Membrānas poru pietūkums vai sabrukšana kā 
membrānas atbildes reakcija uz pH, temperatūru vai citu stimulu, noved pie atbilstošu 
medikamentu ievadīšanas membrānā. 
Sintētiskie, hidrolītiskie degradējošie polimēri tiek izmantoti implantos var medikamentu 
atbrīvošanas sistēmās, jo to degradācija ir relatīvi invarianta no viena pacienta citam pacientam 
un pie dažādiem implantācijas izmēriem.
Polimēri, kuri reaģē uz apkārtējās vides apstākļu izmaiņām, tiek izmantoti kā 
funkcionālie materiāli. Atbildes reakcija uz fizikāliem stimuliem tādiem kā mehāniskais 
spriegums, strāva, temperatūras izmaiņas, vai apstarošana ar gaismu, kā arī uz fizikālo stimulu 
kombinācijām, tiek izmantota, lai izraisītu medikamenta atbrīvošanu no ārējās iedarbības. 
Tomēr polimēri var arī reaģēt uz iekšējiem ķīmiskiem un bioķīmiskiem kairinātājiem, piemēram, 
metabolītiem [21] (savienojumiem, kas rodas organisma šūnās vielmaiņas jeb metaboliskajās 
reakcijās un iesaistās tajās, piemēram, pienskābe, adenilskābe [23]), pH, antigēniem, vai 
enzīmiem, un tie var autonomi atbildēt uz fizioloģisko statusu. Noteikti iestatījumi ļauj asins 
glikozes homeostāzi ar atgriezenisko saiti un koagulāciju. Šajos pielietojumos polimēri ir tipiski 

---

16 
formēti kā biomedicīnisko ierīču pārklājumi, vai arī kā mikrosfēras un nanosfēras virzītai 
medikamentu piegādei. Pārklājumi no polimēriem var būt kā homogēnie pārklājumi, 
šķērssaistītie pārklājumi, polimēru birstas vai slāņainas depozītfilmas.
Poliolefīni – polietilēns PE un polipropilēns PP – ir inerti un hidrofobi materiāli, kas 
nedegradē in vivo jeb organisma vai šūnas iekšā. PE ir izgatavoti ar dažādu molekulāro masu un 
kristalitāti. Zema blīvuma PE (LDPE – low density polyethylenes) ir ar kristalitāti 40…50%. Tie ir 
vismīkstākie ar Junga moduli 100…500 MPa. Tie ir izmantoti medicīniskajos iepakojumos. 
Augsta blīvuma PE (HDPE – high density polyethylenes) piemīt kristalitāte robežās 60…80%. Tie 
variē ar elastības moduli 400…1500 MPa. Tie ir izmantoti, lai veidotu cietas struktūras 
medicīniskajiem konteineriem, kā arī tos izmanto implantācijā. Ultraaugsta molekulāra svara PE 
(UHMWPE – ultrahigh molecular weight polyethylenes) ir raksturīga kristalitāte 50…60%. Šie 
polietilēni variē ar Junga moduli 1000…2000 MPa. Galvenais UHMWPE pielietojums ir mākslīgo 
ķermeņa saišu slidojošas virsmas. Iedarbojoties uz PE ar oksidāciju un gamma sterilizāciju, var 
palielināt hidrofilitāti, rekristalizāciju, kā arī padarīt polimēru trauslāku. Polipropilēniem PP ir 
līdzīgas polietilēniem PE īpašības. PP galvenie pielietojumi ir šuvju materiāli un ķirurģiskie 
sietiņi.
Politetrafluoroetilēns PTFE ir polimērs, kurš ir augsti hidrofobs un nedegradējams 
materiāls. PTFE rāda nelielu iekaisumu ķermenī un daļēji ieaug audos. Šī polimēra galvenais 
pielietojums ir asinsvadu protezēšana – ķirurģiskā procedūra, kas novirza asins plūsmu no 
vienas ķermeņa zonas uz citu, atjaunojot asinsvadu savienojumus. 
Polivinilhlorīds PVC ir polimērs, kuru ražošanai ir vajadzīgi plastifikatori un stabilizatori. 
Stabilizatori, kas ir veidoti no kalcija Ca un cinka Zn atomiem, ir vajadzīgi, lai novērstu 
autokatalītisko HCl šķelšanu un polimēra degradāciju termiskās iedarbības laikā. Plastifikatori, 
visbiežāk ftalāti, pārvērš stingru PVC mīkstā polimērā, kas ir izmantots asins uzglabāšanas somās 
un ekstrakorporālās membrānās. 
Silikons – polimērs, kurš sastāv no −Si − O − pamata, un kuram ir dažādi ķēžu garumi 
un šķērssaites, kas definē šī polimēra mehāniskās īpašības no šķidra agregātstāvokļa ar gēla 
struktūru līdz gumijas elastomēram. Silikoni ir hidrofobi un biostabili elastomēri. Silikoni ir 
izmantoti oftalmoloģijā, krūšu implantu šķiedraino kapsulu veidošanā. 
Polimetilmetakrilāts PMMA – polimērs, kurš ir bioloģiski inerts un kam piemīt optiskas 
īpašības. Pateicoties acu inercei, šie polimēri ir izmantoti intraokulārās lēcās. Hidrofilas 
blakusķēdes metilmetakrilāta monomērā noved pie polimerizācijas, kuras produkts ir hidrogēls 
pHEMA (poly(2-hydroxyethyl methacrylate) jeb polyhydroxyethylmethacrylate). Šim hidrogēlam 
piemīt anti-piesārņošanas īpašības, un tas ir izmantots asins saderīgos pārklājumos un 
kontaktlēcu pārklājumos. 
Tomēr vēlāk tika atklāts, ka PMMA ir salīdzinoši ciets materiāls acīm, kā arī tas nelaiž 
cauri skābekli, kas ir vajadzīgs normālai acu funkcionēšanai. Abas šīs PMMA īpašības ir kaitīgas 
radzenes epitēlijšūnām. Alternatīva šim polimēram tika atrasta – tie ir silikona akrilāti. Šie 
polimēri deva iespēju nekustīgu gāzu caurlaidīgu kontaktlēcu veidošanai. Hidrogēli, kuru sastāvā 
ietilpst polimērs – siloksāns – ir izmantotas skābekli caurlaidīgām kontaktlēcām. Šīs hidrogēla 
kontaktlēcas ir arī izmantotas kā medikamentu atbrīvošanas sistēmas, kas savukārt tiek 
izmantotas glaukomas ārstēšanai. 

---

17 
No poliesteriem medicīnā ir izmantoti tikai biodegradējami un biostabili poliesteri. 
Biostabili poliesteri, kuru sastāvā ietilpst aromātiskās grupas, ir polikarbonāti un dakrons. Šie 
poliesteri ir izmantoti medicīnā membrānās un kvēlspuldzēs. 
No poliēteriem medicīnā visvairāk izmanto poliētera ētera ketonu PEEK un poliētera 
sulfonu PES. PEEK izmanto kā cietu materiālu ortopēdijā. PES izmanto dialīzes membrānām. 
Hemodialīzes membrānas sastāv no tukšām šķiedrām, kurām pieder ar asinīm 
kontaktējoša virsma. Sākotnēji dialīzes membrānas bija veidotas no celulozes, kuras 
hidroksilgrupas tika vēlāk aizvietotas ar citām atbalsta piedevām, lai novērstu komplementārās 
sistēmas aktivāciju un saistītu leikocītu aktivāciju, jo leikocītu aktivācija noved pie leikocītu 
sekvestrācijas plaušās [21]. Sekvestrācija – sekvestra veidošanās [24]. Sekvestrs – orgāna vai 
kaula atmirusī daļa [25]. Hemodialīzes membrānām tiek izmantoti tādi materiāli kā poliamīds 
PA, polikarbonāts PC, poliakrilonitrils PAN, polimetilmetakrilāts PMMA, poliestera polimēra 
sakausējums PEPA un etilēna vinila alkohola kopolimērs EVAL. Hemodialīzes membrānām ir 
hidrofīla komponente, kas ir izgatavota no polietilēnglikola PEG. Šī komponente ir aģents, kas 
veido poras membrānā un uzlabo tās antipiesārņošanas īpašības un saderību ar asinīm. 
Hemodialīzes membrānām izmantotie polimēri nodrošina efektīvu poru izmēru un zemu 
membrānas biezumu, kas nosaka membrānas efektivitāti.
No sintētiskajiem poliamīdiem visvairāk izmanto neilonu. Pateicoties stiepes izturībai, 
neilonu pielieto šuves materiālos. 
Poliamīdi bloķē kopolimērus, kas satur mīkstus segmentus. Apvienojot poliamīdu ar 
elastīgu poliuretānu un ar neilonu, kam pieder liela stiprība, iegūst materiālu, no kura izgatavo 
katetru balonus angioplastijai.
Polimēri ir arī pielietoti asinsvadu katetriem. Asinsvadu katetriem jābūt 
netrombogēniem, kā arī tiem nav jāizsauc iekaisumus asinsvada sieniņā. Mehāniskā elastība 
kopā ar nespēju samezgloties un sabrukt ir svarīgas prasības katetriem. Centrāliem venoziem 
katetriem jābūt specifiskām īpašībām, kas novērstu nevēlamo bakteriālo biofilmu veidošanās un 
adhēziju. Šiem nolūkiem ir izmantoti termoplastiskie poliuretāni, kuru pamatā ir izmantoti 
poliesteru, poliēteru un polikarbonātu bāzes. Silikons ir mīkstāks nekā poliuretāni, tādēļ, 
izmantojot silikonu, biezu lūmenu katetriem nepastāv risks asinsvadu traumām. Augsta blīvuma 
polietilēni HDPE un politetrafluoroetilēns PTFE ir izmantoti intervences katetru iekšējai 
ievietošanai, nodrošinot labu slīdēšanu pa vadības vadu. Poliētera ētera ketoni PEEK ir pielietoti 
katetru slodzes gultņu iekšienē to augstas mehāniskās pretestības dēļ. Poliamīdu bloku 
kopolimēri ir izmantoti katetru ārējā slānī, jo tie apvieno poliuretānu elastību un neilona 
stiprību. 
Polimēru galvenais pielietojums konvenciālajā ķirurģijā ir šuvju materiāli. Galvenie 
parametri, pēc kuriem vadās šuvju materiālu izvēlē, ir stiepes stiprība, maza varbūtība berzei un 
traumām audiem, degradējamība un mezglu stabilitāte. Dažiem polimēriem piemīt šādi 
parametri. Nedegradējami polimēri ir zīds un celuloze [21]. Nerezorbējamie šuvju materiāli – 
materiāli, kas nespēj noārdīties – ir neilons, polietilēns, polipropilēns, poliesters un
polivinilidēnfluorīds PVDF [26]. Nerezorbējamie šuvju materiāli ir vajadzīgi lēni dzīstošiem 
audiem un audiem, kas pakļaujas mehāniskai iedarbībai, tas ir, ādai un cīpslām. 

---

18