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

Grenadyorov, A. S.; Solovyev, A. A.; Оскомов, К. В.; Onischenko, S. A.; Chernyavskiy, Alexander; Zhulkov, М. О.; Каичев, В. В.

doi:10.1016/j.surfcoat.2019.125113

Cited by 22 publications

(17 citation statements)

References 34 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Наша команда, помимо значительных модернизаций формы корпуса, оптимизации параметров и числа дисков, а также междискового расстояния, впервые для улучшения гемосовместимости внутренней поверхности и движущихся частей насоса применила a-C:H:SiO x покрытие, полученное с использованием импульсного биполярного напряжения смещения при плазмохимическом осаждении. Значимость подобной доработки неоднократно освещалась в других исследованиях, посвященных созданию биосовместимых покрытий [22][23][24]. В отличие от первой модели разрабатываемого насоса, лишенной a-C:H:SiO x покрытия, после нанесения такой пленки ни в одним случае не обнаружено сгустков крови на внутренних поверхностях движущихся частей насоса.…”

Section: Discussionunclassified

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

Zhulkov¹,

Golovin²,

Golovina³

et al. 2020

PKiK

View full text Add to dashboard Cite

Background. A shortage of donor organs is one of the urgent problems of transplantology. Despite the current level of technology, there are a number of difficult barriers to overcome. Because of the high demand for assisted circulatory devices, the work caused by the creation of the most physiological and biocompatible model of the apparatus, exceptional relevance is provided.Aim. To evaluate the haemolytic properties of the auxiliary circulatory apparatus based on a disk-type pump.Methods. A hydrodynamic bench was created to conduct haemolysis tests of a disk-type pump. The bench consisted of a tank, a heat exchanger, hydrodynamic resistance, connecting tubes, a blood sampling port, a pressure and flow measurement system, and a test pump. The test method consisted of assessing the level of free plasma haemoglobin (pHb) obtained by taking blood samples during pump operation in the operating mode (2300–2500 rpm, 5–6 l/min, pressure drop at the clamp level of 100 mmHg). Standardized haemolysis indices (NIH and MIH) were calculated based on the data obtained. The indices were calculated based on the analysis of free haemoglobin in the plasma of blood samples, haematocrit, total haemoglobin, blood flow, and pump operating time.Results. Bench tests (n = 5) revealed that the average level of free haemoglobin was 2.2 mg/%. This confirms the absolute atraumatic nature of the design of a new type of pump. The calculated values of the haemolysis indices were: NIH - 0.0013 and MIH - 1.88. This proves the fundamental possibility of using a disk-type pump as a basis for creating auxiliary circulatory devices. Conclusion. The developed methodology for assessing the mechanical stability of red blood cells allows you to give objective information about one of the most important safety criteria for auxiliary circulatory devices i.e., the level of haemolysis. The results obtained revealed that it is possible and safe to use a disk-type pump as an auxiliary circulatory device.Received 16 December 2019. Revised 10 March 2020. Accepted 13 March 2020.Funding: The research is supported by a grant of the Russian Science Foundation (project No. 19-19-00186).Conflict of interest: Authors declare no conflict of interest.Author contributions Conception and study design: M.O. Zhulkov Data collection and analysis: M.O. Zhulkov, A.S. Grenadyorov, A.M. Golovin, E.O. Golovina, A.V. Fomichev, S.A. Alsov Drafting the article: M.O. Zhulkov, A.S. Grenadyorov Critical revision of the article: M.O. Zhulkov, A.M. Chernyavskiy Final approval of the version to be published: M.O. Zhulkov A.S. Grenadyorov, A.M. Golovin, E.O. Golovina, A.V. Fomichev, S.A. Alsov, A.M. Chernyavskiy

show abstract

Section: Discussionunclassified

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

Zhulkov¹,

Golovin²,

Golovina³

et al. 2020

PKiK

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Исследования DLC покрытий, модифицированных кремнием и его оксидами, были сосредоточены, преимущественно, на изучении их физико-механических свойств [13]. Так, формирование связей Si-C значительно повышает адгезию покрытия к подложкам при сохранении высоких трибологических характеристик DLC пленок [12]. Вместе с тем физико-химические процессы улучшения гемосовместимости материалов, обусловленного как DLC [14], так и Si-DLC пленками, остаются в области ги-потез.…”

Section: Discussionunclassified

“…Тем не менее различия в индексе шероховатости R q не достигали статистических различий (таблица). Полученные данные соответствуют результатам, опубликованным ранее [12].…”

Section: результатыunclassified

The study of platelet reaction on a-C:H:SiOx coatings obtained via plasma enhanced chemical vapor deposition with bipolar bias voltage

et al. 2020

View full text Add to dashboard Cite

Цель. Изучить в эксперименте in vitro адгезию тромбоцитов к a-C:H:SiO x пленке на титане для оценки ее атромбогенного потенциала. Материалы и методы. Тонкие (менее 1 мкм) a-C:H:SiO x пленки наносили на титановые пластины марки ВТ-6 размером 10 × 10 мм 2 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:SiO x пленка в 116 раз снижала (в сравнении с необработанным титаном) количество тромбоцитов на 1 мм 2 поверхности. Заключение. Формирование на поверхности титанового сплава ВТ-6 тонкой пленки состава a-C:H:SiO x 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. Ключевые слова: адгезия тромбоцитов человека, in vitro, углеродная поверхность, модифицированная оксидами кремния, сканирующая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия. Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

show abstract

“…Our previous studies have shown that according to the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results, the elemental composition of a-C:H:SiO x coating: C-55 atm%, Si-13 atm%, O-25 atm%, and several percent of impurity atoms of N or Ar. [18] Although the H concentration could not be measured by XPS, the presence of H in the coating is confirmed by the presence of photoluminescence background in the Raman spectra of these coatings. [19] The PACVD process and equipment were described in detail in our work.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 94%

“…Because a-C:H:SiO x coatings, as well as amorphous diamond-like coatings, have very low roughness and usually lead to surface smoothening. [18] While during the oxygen ion treatment, hydrocarbons on the polymer surface could react with the oxygen and form volatile compounds such as CO and CO 2 . [21] Also, oxygen ion bombardment leads to the formation of oxygen-containing groups.…”

Section: Atomic Force Microscopymentioning

confidence: 99%

Stability of a‐C:H:SiO_x coating on polypropylene to chemical sterilization

Grenadyorov

Solovyev

Малащенко

et al. 2020

J of Applied Polymer Sci

View full text Add to dashboard Cite

Polypropylene (PP) is traditionally used in the production of medical devices, such as catheters, dialyzers, syringes due to its good chemical and thermal resistance, biocompatibility, and low cost. Sterilization can however damage these devices, when the polymer additive releases into physiological fluids, thereby harming the patient health. This article proposes to deposit biocompatible a‐C:H:SiOx coatings onto PP surfaces and studies the coating stability after chemical sterilization. Five different chemical sterilizers, namely, hydrogen peroxide, ethanol, miramistin, formaldehyde, and ethylene oxide are used to compare their effect on the coating stability on the PP substrate. Untreated and sterilized samples are incubated in a liquid synthetic nutrient to obtain extracts that are used for sterility testing and determining the degree of interaction of samples with the nutrient medium. The changes in the coating functional groups and surface morphology are examined by using the Fourier transform infrared spectroscopy and the scanning electron microscopy, respectively. It is shown that the a‐C:H:SiOx coating has a protective effect on the PP substrates subjected to chemical sterilization. The experiment results clearly showed that the ethanol sterilization causes the most serious changes in the structure of PP, and also leads to the barrier coating failure. On the other hand, ethylene oxide sterilization has a minimal effect on the structure of both uncoated and coated PP substrates.

show abstract

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

Cited by 22 publications

References 34 publications

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

The study of platelet reaction on a-C:H:SiOx coatings obtained via plasma enhanced chemical vapor deposition with bipolar bias voltage

Stability of a‐C:H:SiO_x coating on polypropylene to chemical sterilization

Contact Info

Product

Resources

About

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

Cited by 22 publications

References 34 publications

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

The study of platelet reaction on a-C:H:SiOx coatings obtained via plasma enhanced chemical vapor deposition with bipolar bias voltage

Stability of a‐C:H:SiOx coating on polypropylene to chemical sterilization

Contact Info

Product

Resources

About

Stability of a‐C:H:SiO_x coating on polypropylene to chemical sterilization