Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen -Biokompatible diamantartige Kohlenstoffschichten auf Polymersubstraten Abschlussbericht

Although graphitic carbon has been known and used as a biomaterial for a very long time, the excellent biocompatibility of diamond-like carbon (DLC) films has been addresed only in a few cases. We anticipate the combination of bioinert DLC films and surface-immobilised bioactive biomolecules with antithrombogenic properties, like the polysaccharide heparin, as a straightforward concept to optimise the haemocompatibility of a wide variety of materials. Therefore, to assess this property in view of an application as vascular grafts, surface analytical studies on DLC-coated and heparinised polymer and silicon substrates were performed. DLC films were deposited on PTFE, PTFE vascular prostheses, PS and silicon wafers by an energetic acetylene plasma beam and subsequently exposed to an ammonia plasma before heparin was covalently coupled to such functionalised surfaces by an end-point attachment method. The biochemical characterization by thrombin tests revealed in accordance with XPS measurements a high amount of heparin on the surface and an extended blood coagulation time. Thus, the efficiency of the plasma treatment for functionalisation and successful improvement of the haemocompatibility of DLC films could be shown. (orig.)Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden plasmachemische Experimente zur Obeflaechenmodifizierung und Heparinisierung von verschiedenen Polymerwerkstoffen (PTFE, PET, PE, PS) und Siliziumeinkristallen als Modellsubstrat durchgefuehrt, um die Bio- und Haemokompatibilitaet von polymeren Implantatmaterialien fuer Gefaessprothesen zu verbessern. Darueber hinaus zielten diese Untersuchungen auf eine Entwicklung von haemokompatiblen diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten) ab, die ein grosses Anwendungspotential als biokompatible Implantatmaterialien besitzen. Zur Realisierung der Oberflaechenmodifizierung von Polymeren wurde eine Hochvakuumkammer mit einer Plasmastrahlquelle ausgeruestet, zu deren Entwicklung ein Gaseinlass- und Antennensystem optimiert wurde, um ein hoch angeregtes Plasma mit Ionenenergien innerhalb eines schmalen Bereichs zu erzeugen. Die Polymer- und Siliziumeinkristallsubstrate wurden nach einer Reinigung im Ultraschallbad zunaechst einem Argonplasmastrahl ausgesetzt, um die Oberflaechen von Kontaminationen zu befreien und eine ionenstrahlinduzierte Oberflaechenaktivierung zu erzielen. Duenne wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten, sogenannte a-C:H oder ta-C:H Schichten mit einer Dicke <500 nm, mit einem hohen Anteil an tetraedrisch konfigurierten sp"3-Kohlenstoff wurden im Acethylenplasmastrahl einer ECWR-Plasmaquelle bei niedrigen Substrattemperaturen (<100 C) abgeschieden. Diese Schichten wurden daraufhin einem Ammoniakplasma ausgesetzt, um reaktive Aminogruppen auf der Oberflaeche der diamantartigen Kohlenstoffschichten zu erzeugen und die Ankopplung von Biomolekuelen zu ermoeglichen. Die Immobilisierung von Heparin wurde nasschemisch nach einer modifizierten NaBH_3CN-Methode vollzogen. Die Proben wurden vor und nach der Heparinisierung mit spektroskopischen Analysenmethoden (Raman, FTIR, XPS) und verschiedenen biologischen Untersuchungesverfahren (u.a. Toluidinblautest, Thrombinzeittest, Toxizitaetstest mit L929-Fibroblastenzellen) charakterisiert. Ausserdem wurde das Benetzungsverhalten der modifizierten Oberflaechen in Fluessigkeiten mittels der Randwinkelmethode untersucht. Die Ergebnisse belegen, dass durch eine heparinisierte DLC-Schicht auf den Polymeren eine verzoegerte Blutgerinnung (laengere Thrombinzeit) im Vergleich zu den gebraeuchlichen Implantatmaterialien hervorgerufen wird. Die hohe Oberflaechenkonzentration an kovalent gekoppeltem Heparin fuehrt zu einer Oberflaeche mit stark hydrophilen, atoxischen und antithrombotischen Eigenschaften, wodurch die Voraussetzungen fuer eine gute Haemokompatibilitaet gegeben sind. Die Untersuchungen zeigen, dass die mittels ECWR-Plasmaquelle erzeugten Ammoniakplasmen zu einer Aminosierung der Materialoberflaechen fuehren und eine effiziente Methode zur Immobilisierung von Liganden darstellen (orig.)Available from TIB Hannover: F01B924 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman