Спосіб оцінки біотропних властивостей пружного полімерного матеріалу

Спосіб оцінки біотропних властивостей пружного полімерного матеріалу медичного призначення, у тому числі біополімерної природи, що включає дослідження індукованих пружним полімерним матеріалом реакцій біологічного тест-об'єкта, наприклад, клітин крові, який відрізняється тим, що пружний полімерний матеріал додатково піддають дії механічного розтягнення з одночасною реєстрацією інтенсивності його люмінесценції, а висновок про біотропні властивості роблять за показниками люмінесценції матеріалу і індукованих ним реакцій біологічного тест-об'єкта. Винахід стосується біофізики, медицини і матеріалознавства, зокрема властивостей пружних матеріалів полімерної природи медичного призначення, у тому числі біополімерів, і може бути використаний як при розробці нових технічних рішень, наприклад у сфері нанотехнологій, так і в практичній медицині при розробці нових лікувальних технологій, наприклад, в комбустіології, естетичній медицині тощо. Відомий спосіб оцінки біотропних властивостей пружного полімерного матеріалу медичного призначення, у тому числі біополімерної природи, що включає дослідження індукованих пружним полімерним матеріалом реакцій біологічного тестоб'єкту, наприклад, клітин крові [1]. За відомим способом, біотропний ефект полімерного матеріалу медичного призначення оцінюють за рівнем реакцій лейкоцитолізу, наприклад, при дослідженні взаємодії ізольованих клітин з консервованою ксеногенною шкірою, або за характером феномену деваурації (поглинання) клітин, наприклад, лейкоцитів) волокнами трикотажної тканини на основі поліамідних і поліуретанових волокон. Недоліком відомого способу є недостатня точ ність та інформативність в силу того, що отримані внаслідок взаємодії інгредієнтів зміни біологічного тест-об'єкту відображають не тільки власне біотропну дію полімерного матеріалу, але й неспецифічну реакцію тестових клітин на чужерідність. Очевидно, це є наслідком методичної недостатності, що випливає з застосування в реакції взаємодії біологічного тест-об'єкту з полімерним матеріалом, властивості якого, за відомим способом, не зазнають контрольованого зовнішнього впливу безпосередньо в ході дослідження, що не сприяє прояву зв'язку біотропних властивостей матеріалу з особливостями його фізичної природи. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалити відомий спосіб, в якому шляхом введення додаткового технологічного етапу, спрямованого на мобілізацію в пружному полімерному матеріалі ініціальних фізичних процесів на електронно-атомному рівні, спроможних посилити біотропні властивості полімерного матеріалу в реакціях взаємодії з біологічним тест-об'єктом, досягають підвищення технологічності, точності та інформативності дослідження. При вирішенні технічного завдання була взята (19) UA (11) 79561 (13) C2 (21) a200511274 (22) 28.11.2005 (24) 25.06.2007 (46) 25.06.2007, Бюл. № 9, 2007 р. (72) Дем'яненко Василь Васильович, Бігуняк Володимир Васильович, Волков Константин Степанович (73) ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І.Я.ГОРБАЧЕВСЬКОГО (56) SU, 976380, A, 23.11.1982 UA, 48426, A, 15.08.2002 UA, 65180, A, 15.03.2004 UA, 3692, U, 15.12.2004 UA, 66250, A, 15.04.2004 3 79561 4 до уваги відома залежність індукованих у поліменою реєстрацією інтенсивності його люмінесценції, рах атомно-молекулярних процесів, зокрема у а висновок про біотропні властивості роблять за вигляді зміни характеру поляризації і поляризовапоказниками люмінесценції матеріалу і індукованої флуоресценції (люмінесценції), від рівня механих ним реакцій біологічного тест-об'єкту. нічної деформації, наприклад, в результаті розтягСпосіб здійснюють наступним чином. Смужку нення полімерного матеріалу, що складає основу пружного полімерного матеріалу, наприклад, у технологічного процесу в виробництві полімерних вигляді трикотажної тканини з волокнами на поліматеріалів і відносить названий клас речовин і амідній і поліуретановій основі, вміщують перед матеріалів до таких, що мають рідкокристалічну об'єктивом люмінесцентного мікроскопу, оснащебудову [2-4]. Збурені внаслідок деформації (розтяного блоком реєстрації у вигляді фотометричної гнення) в пружному полімерному матеріалі електлюмінесцентної насадки з джерелом постійного ронно-атомні процеси, окрім характерних змін електричного струму та електрометричним підсифлуоресценції, а саме коливань її інтенсивності, лювачем. Спочатку реєструють ви хідний рівень супроводжуються й іншими процесами трансфорінтенсивності люмінесценції взірця полімерної ткамації і міграції енергії, зокрема, у вигляді електронини, який порівнюють з аналогічним показником магнітного випромінювання в діапазоні мікрохвиль контрольного об'єкту-еталону і виконують дозова[5]. Останні, як відомо, здатні ініціювати низку біоне механічне розтягнення взірця, наприклад, в логічних ефектів, які можуть розглядатися як промежах 1-8кг/мм 2. Останнє здійснюють за допомояв біотропних, тобто спрямованих на біологічний гою пристрою у вигляді станка з нерухомою і руоб'єкт властивостей полімерного матеріалу [6-8]. хомою планками, до яких прикріплені протилежні Виходячи з сучасних уявлень про існування інфокінці клаптика полімерної тканини: рухому планку з рмаційного зв'язку між компонентами біологічного закріпленим кінцем взірця тканини зміщують за об'єкту, зокрема на рівні рідкокристалічних за фідопомогою гвинта відносно нерухомої планки тазичною будовою ліпідних молекул плазматичних ким чином, що відбувається натяг смужки тканини мембран клітин - з одного боку, і електромагнітним у пло щині, перпендикулярній оптичній вісі об'єктивипромінюванням молекул так званого репринтера ву люмінесцентного мікроскопу. Завдяки гвинтовій - біоорганічних молекул, зокрема полімерної і біорозтяжці досягають стандартизації механічної деполімерної природи - з іншого [7-11], можна вваформації - розтягнення смужки тканинного взірця. жати правомірною постановку питання про кількісПри досягненні стандартного натягу тканини, який ну оцінку біотропної спроможності вказаного встановлюють за рівнем тягучості при навантаполімерного матеріалу. Застосування люмінесценженні 1кг×мм 2, зокрема від 10 до 50% відповідно до тного аналізу для контролю рівня розтягнення помеханічних властивостей дослідного полімерного лімерного матеріалу безпосередньо на предметматеріалу, останню утримують у деформованому ному столику люмінесцентного мікроскопу є розтягненому стані впродовж 60с. У цей проміжок виправданим за умови, що де формацію клаптика часу повторно реєструють інтенсивність люмінесдослідного полімерного матеріалу здійснюють з ценції. Після цього розтягнення тканини припинядотриманням необхідної орієнтації молекул з аніють, а реєстрацію інтенсивності люмінесценції зотропними властивостями: довгою віссю вздовж взірця здійснюють ще двічі: через 30с і 60с. Ренапрямку розтягнення полімерного матеріалу [2]. зультати заносять у робочу таблицю. Як біологічний тест-об'єкт, спроможний адекДля оцінки біотропної властивості контрольноватно відреагувати на зміни на електронного і дослідного взірців пружного полімерного матеядерному рівні в полімерному матеріалі, що відбуріалу у ви гляді смужок трикотажної тканини останлися внаслідок механічної деформації у вигляді ні площею 1см 2 попередньо інкубують в однакових стандартизованого розтягнення, оптимальним є об'ємах (2мл) стандартизованої до рівня оптичної застосування гемолітичної системи, зокрема у густини 0,70 на фотоколориметрі при зеленому вигляді реакції кислотного гемолізу (РКГ). Про досвітлофільтрі (540нм) суспензії еритроцитів. Далі речність наведеного міркування говорить фізична до кювет з контрольною і дослідною суспензіями сутність гемолітичного процесу, в основі якого лепослідовно вносять по 2мл розчину 2×102Μ соляної жить індукована деструкція ліпідних компонентів кислоти на ізотонічному розчині натрію хлориду і плазматичних мембран клітин, чутливи х, як відореєструють РКГ фотоколориметричним способом мо, до електромагнітного випромінювання в міна стрічці потенціометра. Окремо визначають конліметровому діапазоні, перш за все як речовин з трольну РКГ за стандартною методикою без етапу рідкокристалічною будовою і властивостями занурення в суспензію еритроцитів клаптика полі[12,13]. До того ж, доцільність застосування РКГ як мерної тканини. Отримані результати заносять у біологічного тест-об'єкту випливає з високої точробочу таблицю. Біотропний ефект полімерного ності і технологічності при достатньому рівні відматеріалу, зокрема його інтактних (контрольних) і творюваності [14]. деформованих (активованих) взірців оцінюють за Виходячи з наведених вище міркувань, у відохарактером впливу на стабільність мембран еритмому способі оцінки біотропних властивостей пруроцитів у РКГ за допомогою індексу резистентності жного полімерного матеріалу медичного признамембран [7]. чення, у тому числі біополімерної природи, що Приклад 1. включає дослідження індукованих пружним поліНа першому етапі досліджень смужку трикомерним матеріалом реакцій біологічного тесттажної тканини 30´60мм з волокнами на поліамідоб'єкту, наприклад, клітин крові, відповідно до виній і поліуретановій основі як взірець пружного находу пружний полімерний матеріал додатково полімерного матеріалу закріпили до нерухомої і піддають дії механічного розтягнення з одночасрухомої планок пристрою для розтягнення взірця з 5 79561 6 встановленням вихідного ("нульового") рівня натябезпосередньо під час розтягання клаптика тканигу, який встановлювали за рівнем тягучості при ни з силою 500Г при розміщенні взірця на предметному склі мікроскопа, а також після припинення навантаженні 1кг×мм -2 від 10 до 50% (відповідно до розтягання, коли дослідний взірець тканини пракмеханічних властивостей дослідного полімерного тично повертався до вихідного стану. При досягматеріалу), після чого внесли у поле зору люмінененні стандартного розтягнення тканини (при силі сцентного мікроскопу і зареєстрували інтенсивнатягу 500Г), останню утримували в розтягненому ність люмінесценції відносно контрольного об'єктуеталону, користуючись люмінесцентним мікроскостані протягом 60с, реєструючи інтенсивність люмінесценції. Після припинення розтягання тканини пом, оснащеним блоком реєстрації у вигляді фокожні 10с здійснювали заміри інтенсивності люмітометричної люмінесцентної насадки ФМЭЛ-1 із несценції протягом 60с, а результати заносили у джерелом постійного електричного струму та елеробочу таблицю 1. ктрометричним підсилювачем. Результат внесли у робочу таблицю. Аналогічні вимірювання виконали Таблиця 1 Дані вимірювань інтенсивності люмінесценції дослідного взірця пружного полімерного матеріалу - трикотажної тканини на основі поліамідних і поліуретанових волокон фірми "Codopress" (Польща) Серії вимірювань 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Середнє значення Вихідний показник Інтенсивність люмінесценінтенсивності лю- ції при механічній деформінесценції, у.о. мації (розтягненні) взірця, у.о. 235 116 224 123 241 108 238 106 255 115 218 122 228 127 237 117 224 109 231 117 233 Δ% Інтенсивність люмінесценції взірця після розтягання, у о На наступному етапі визначення оцінки біотропної властивості контрольного (інтактного - без розтягнення) і дослідного взірців трикотажної тканини, останні у вигляді смужок площею 1см 2 попередньо інкубували в однакових об'ємах (по 2мл) стандартизованої до рівня оптичної густини 0,70 на фотоколориметрі при зеленому світло фільтрі (540нм) суспензії еритроцитів. У вимірювальні кювети з суспензіями еритроцитів після видалення з них контрольного і дослідного клаптиків полімерної тканини послідовно внесли по 2мл розчину 2×10-3Μ соляної кислоти на ізотонічному розчині натрію хлориду і реєстрували РКГ фотоколориметричним способом на стрічці потенціометра. Отримані результати внесли в робочу таблицю. Біотропний ефект полімерного матеріалу, зокрема через 60с Δ% -50,6 -45,1 -55,2 -55,5 -45,1 -44,0 -46,4 -50,6 -51,3 -49,3 458 444 397 415 432 452 441 458 410 449 229 235 219 230 240 228 215 226 211 198 -50,0 -47,0 -44,8 -44,5 -44,4 -49,6 -51,2 -50,6 -48,5 -55,9 49,3 116 через 30с 436 223 48,6 його інтактних (контрольних) і деформованих (активованих розтяганням) взірців тканини оцінювали за показником індексу резистентності еритроцитарних мембран, який визначали за формулою 1 [7]: (E2 - E1) × (E3 - E2 ) × (E4 - E3 )... × (En - En - 1) (1) n -1 де (Е2-Е1), (Е3-Е 2), ... (Еn-E n-1) - ряд послідовних різниць екстинкції суспензії еритроцитів у фотометричній кюветі за кожну хвилину РКГ у відсотках за умови Еn-Ε1=100%; n - число похвилинних кроків реєстрації РКГ; Re - показник резистентності еритроцитів, %. Отримані результати занесли в робочу таблицю (таблиця 2). Re = 4 Таблиця 2 Показники екстинкції в ході РКГ після інкубації суспензії еритроцитів із контрольним і дослідним клаптями полімерної тканини Об'єкт дослідження Контрольний взірец Дослідний взірець 1хв. 3 6 2хв. 7 9 Показники екстинкції,%-хв-1 3хв. 4хв. 5хв. 6хв. 55 85 102 110 15 25 42 59 При порівнянні наведених в таблицях 1, 2 результатів зроблено висновок про існування зв'язку 7хв. 112 72 8хв. 115 75 Re, % 23,4 44,2 резистентності еритроцитів (плазматичних мембран), попередньо інкубованих з клаптем інтактно 7 79561 8 го (контроль) і деформованого (дослід) полімернорганічного каучука, силікону, вибіленої бавовняної го матеріалу, від фактору деформації останнього, тканини і природного біополімеру з ліофілізованої що вказує на наявність біотропних властивостей шкіри свині - консервованого ксенодермотранспполімерного матеріалу. Оцінку його біотропної лантату. властивості здійснили за індексом біотропності (Іb), Результати дослідження інтенсивності люміякий складає середню кубічну трьох показників несценції (вихідні показники і при деформації роз(без врахування знаку), а саме: відсотка зсуву потягненням), а також показники резистентності казника інтенсивності люмінесценції при розтягмембран, еритроцитів в суспензії в РКГ при інкуненні Р1(Δ%), аналогічного показника після припибації з зазначеними клаптиками дослідних матерінення впливу механічної деформації взірця Р2(Δ%), алів і в контролі наведені в таблиці 3. З них видно, а також показника зміни резистентності мембран що фактор механічної деформації суттєво, хоч і в еритроцитів при постановці РКГ – Р3(Δ%), користурізній мірі, вплинув на біотропну активність пружючись формулою: них полімерних матеріалів. Так, у силікону і трикотажної тканини з поліамідними і поліуретановими Ib = 3 P1(D %) × P2(D %) × P3(D %) (2) волокнами індекс біотропності виявився вищим, У наведеному прикладі індекс біотропності ніж у кремнійорганічного каучуку (58,3 і 47,4 проти склав: 27,9) - при порівнюванні біотропних властивостей синтетичних полімерів. У бавовняної тканини як Ib = 3 49,3 × 48,6 × 44,2 біополімера природного походження вказана влаIb=47,3 стивість значно поступалася в кількісному вираПриклад 2. Запропонованим способом визнаженні препарату консервованої ліофільним спосочили біобіотропної властивості різних за природою бом шкіри свині: індекс біотропності склав 26,9 полімерних матеріалів, зокрема трикотажну тканипроти 73,9 - відповідно. ну фірми "Tricomed" (Польща), смужок з кремнійоТаблиця 3 Порівняльна картина біоактиваційної властивості різних за походженням пружних полімерних матеріалів Пружний полімерний n матеріал Трикотаж фірми "Tricomed" (Польща) Кремнійорганічний каучук Силікон Бавовняна тканина Ліофілізована шкіра свині Інтенсивність люмінесценції Івідновн Iвих Iдеф Р1(Δ%) І30" І60" Ρ2(Δ%) Резистентність мембран Оцінка біотропних еритроцитів в РКГ властивостей пружних полімерних матеріалів за індеRе контр Rе інкуб Ρ3(Δ%) ксом біотропності, Іb 10 234±12 112±10 -52 460±19 230±11 -50 31,5±5,2 55,7±7,3 76,8 Іb=58,3 Високий 10 430±20 166±12 -61 710±25 426±17 -40 31,5±12 34,3±4,4 Іb=27,9 Середній 10 255±13 -64 435±23 248±12 -43 31,5±12 19,3±2,7 -38,7 Іb=47,4 Високий 10 190±16 618±23 225 310±21 188±13 -39 31,5±12 30,8±4,9 -2,2 Іb=26,9 Низький 10 315±18 887±31 182 415±26 319±16 -24 31,5±12 60,7±8,1 92,7 Іb=73,9 Високий 92±7 Таким чином, запропонований спосіб забезпечує отримання кількісної оцінки біотропних властивостей різних за походженням пружних полімерних матеріалів на основі поєднання інформації про електронно-атомні процеси і перебіг модульованих ними біологічних реакцій і процесів, що знайде використання як в теоретичних дослідженнях, так і створенні принципово нових технологій, і в аспекті наведеного відповідає поставленому завданню щодо підвищення технологічності, точності та інформативності відомого способу. Джерела інформації, які слід взяти до уваги: 1. Пат. 66250 А, Україна. МПК G09В23/28, С08G69/40, С08G77/04. Спосіб моделювання слабкої взаємодії на основі реакції живих клітин з алогенними субстратами / Бігуняк В.В., Дем'яненко 8,9 В.В. - №2003098279; Заявл. 08.09.03.; Опубл. 15.04.04., Бюл. №4. 2. Жевандров Н.Д. Поляризация света. Μ: "Наука", 1969. - С.125-140. 3. Пресняков В.В. Электрооптические и структурные свойства планарно-ориентированных пленок, капсулированных полимером нематических жидких кристаллов. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук... Красноярск, 1999. file.//J:/ HOSP.GRP/Krystall/555.htm. 4. Шибаев В.П. Необычные кристаллы или загадочные жидкости // Соросовкий Образовательный Журнал. 1966.- N.11.- С.37-46. 5. Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения низкой интенсивности / Под ред. акад. Н.Д. Девяткова.- М: ИРЭ АН СССР, 1985. 9 79561 10 6. Дем'яненко В.В., Таран В.М., Хаба В.В. Біоных полей. - Новосибирск.: Наука, 1985. - С.135. фізичні властивості полімерних матеріалів і перс10. Рорр F.A. Electromagnetic control of gell пективи їх використання в медицині / Материалы processes. - In: Interaction of non ionizing electroмеждународной научно-практической конференmagnetic radiation with living systems. Paris, 1979. ции «Современные вопросы лечения термических P.7-14. поражений и их последствий». Донецк: Nord Press, 11. Бреслер Ε.С. Физика и биология. Успехи 2005.- С.20-21. физических наук, 1975.- Вып.1.- С.121-122. 7. Пат. 70468 А, Україна. МПК G09В23/28, 12. Рахимджанов А.Р., Шамсиев Э.С.. ХаракС08G9/40, С08G77/04. Спосіб реалізації фармакотеристика мембран эритроцитов здоровых людей логічної інформації / Бігуняк В.В., Дем'яненко В.В., // Лабораторное дело.-1989.- №8.- С.22-25. Бігуняк Н.В., Саушев А.С.- №2009109125; Заявл. 13. Конев С.В. Структурная лабильность био09.10.03; Опубл. 15.10.04, Бюл. №10. логических мембран и регуляторные процессы. 8. Eze M.O. Phase Transitions in Phospholipid Минск: «Наука и техника». - 1987. - 240с. Bilaers: Separations Play Vital Roles in Biomem14. Пат. 7241, Україна. МПК А61В10/00, branes // Biochemical Education. - Vol.19.- N.4.А61К38/00. Спосіб оцінки активності аденілциклази P.204-208. клітин ізольованої крові / Бігуняк Т.В., Дем'яненко 9. Казначеев В.П., Ми хайлова Л.П. БиоинфорВ.В., Нагайчук В.І - №20041109136; Заявл. мационная функция естественных электромагнит08.11.04.; Опубл. 15.06.05., Бюл. №4. Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601