Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями

Реферат: Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями містить термопластичний полімер, вуглецеві нанотрубки та бактерицидну добавку. Як бактерицидну добавку вибрано срібло та кремнезем в наностані. UA 108552 U (12) UA 108552 U UA 108552 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до технології хімічних волокон, забезпечує одержання полімерних монониток з пролонгованою антимікробною дією, здатністю впливати на адгезивні властивості мікроорганізмів та покращеними міцністю і еластичністю, які можуть використовуватися в хірургії як шовні матеріали та матеріали для виготовлення сітчастих імплантатів, що застосовуються для алопластики тканин, а також для виробництва медичних виробів спеціального призначення. Відома композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями (патент України №72805, МПК D01F1/10, D01F11/04, С08К3/02, 2012 р.), до складу якої входять термопластичний полімер і комплексна нанодобавка срібло/кремнезем (Ag/SiO2), яку вводять в кількості (0,23,0) мас. %. Використання як нанонаповнювача комплексної добавки Ag/SiО2 дозволяє одержати нитки з широким спектром антимікробної дії та з покращеними механічними характеристиками. Однак мононитки, наповнені наночастинками Ag/SiO2, не можуть використовуватися для виготовлення легких сітчастих імплантатів через недостатню міцність при розриві. Відома також композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями (патент України № 70415, МПК: D01F1/00, D01F11/00, 2012 p.), яка містить термопластичний полімер, бактерицидну добавку та вуглецеві нанотрубки. При цьому компоненти в композиції взяті у такому співвідношенні, мас. %: - термопластичний полімер 96,998,2 - бактерицидна добавка 0,33,0 полігексаметиленгуанідинхлорид - додаткова добавка - вуглецеві 0,11,5. нанотрубки Введення в структуру ниток двох модифікуючих речовин полігексаметиленгуанідинхлорид/вуглецеві нанотрубки (ПГТХ/ВНТ) надає ниткам стійку антимікробну та антигрибкову дію до ряду мікроорганізмів і грибів, а також підвищує міцність ниток при розриві та у петлі і вузлі. Однак використана бактерицидна добавка (ШТХ) належить до хлорвмісних малотоксичних речовин (4-й клас згідно з ГОСТ 12.1.007), тому важливо замінити її у виробах медичного призначення. В основу корисної моделі поставлена задача створити таку композицію для отримання ниток з антимікробними властивостями, в якій зміною кількісного і якісного складу інгредієнтів забезпечилось би розширення спектру антимікробної дії, здатність впливати на адгезивні властивості мікроорганізмів, зменшення їх токсичності при збереженні міцності та еластичності на рівні прототипу, завдяки чому поліпшилась би їх якість і розширився б асортимент виробів медичного призначення. Поставлена задача вирішується тим, що композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями, яка містить термопластичний полімер, вуглецеві нанотрубки та бактерицидну добавку, згідно з корисною моделлю, як бактерицидну добавку містить срібло та кремнезем в наностані, а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: - термопластичний полімер 97,998,3 - срібло 0,010,24 - кремнезем 0,191,7 - вуглецеві нанотрубки 0,1  1,5. Кращий результат досягатиметься, якщо як термопластичний полімер буде застосовано поліпропілен, який має дозвіл на використання в виробах медичного призначення. Поліпропілен характеризується стійкістю до бактерій і продуктів життєдіяльності організму та має високу біосумісність з тканинами. Це дозволить використовувати нитки як хірургічні шовні матеріали та як сировину для виготовлення сітчастих імплантатів для алопластики тканин. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що в розплав суміші термопластичний полімер/вуглецеві нанотрубки вводять бактерицидну добавку не у вигляді окремих речовин срібла та кремнезему, а синтезують комплексну речовину, в якій наночастинки срібла нанесені на наночастинки кремнезему (Ag/SiO2). Наночастинки металічного срібла локалізуються на поверхні SiO2 та утримуються на ній. Срібло проявляє високу антивірусну і антибактеріальну активність по відношенню до всіх біологічних об'єктів. Антибактеріальна активність наночастинок Ag обумовлена їх високою питомою поверхнею, що забезпечує максимальний контакт із мікроорганізмами. Крім того, вони здатні проникати через клітинні мембрани та впливати на внутрішньоклітинні процеси зсередини. Токсичність срібла в наностані набагато менша, ніж його іонів. Кремнезем - це аморфний порошок з наночастинками з гладенькою непористою поверхнею розміром (440) нм, дуже однорідними за величиною і формою, з 1 UA 108552 U 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 питомою поверхнею (50450) м /г. Він має ряд переваг перед іншими сорбентами, що використовуються в медицині, а саме: аморфність, висока хімічна чистота, гідрофільність, від'ємний заряд, нетоксичність. Нанокомпозит срібло/кремнезем є принципово новим матеріалом, який поєднує антимікробну дію срібловмісних препаратів з властивостями сорбентів з розвиненою поверхнею. Антимікробна дія комплексної речовини Ag/SiO2 приблизно + у 10 разів вища порівняно з іонами срібла. При цьому нанодобавка Ag/SiO2, на відміну від Ag , проявляє високий пролонгований антибактеріальний ефект, що є дуже важливим при використанні її для виготовлення виробів медичного призначення. Комплексна речовина срібло/кремнезем безпечна для здоров'я людини та навколишнього середовища. Введення бактерицидної комплексної речовини Ag/SiO2 в суміш поліпропілен/вуглецеві нанотрубки (ПП/ВНТ) підсилить антимікробну дію ниток, сформованих з неї, по відношенню до хвороботворних бактерій та збудників гнійно-запальних процесів при менших концентраціях, дозволить розширити спектр антимікробної дії ниток за рахунок застосування в одній добавці двох речовин, що поєднують різні властивості. При введенні бактерицидної добавки Ag/SiО2 менше 0,2 мас. % антимікробні властивості проявляються слабо через низьку концентрацію добавки та неоднорідність її розподілу по довжині нитки. Підвищення її вмісту зумовлює покращення антимікробних та протигрибкових властивостей ниток. При цьому має місце ефект насичення, коли вміст наповнювача складає 2,0 мас. %. Подальше збільшення концентрації Ag/SiO2 мало впливає на бактерицидну дію монониток. Таким чином, використання як бактерицидної добавки комплексної речовини срібло/кремнезем дозволяє замінити малотоксичну бактерицидну добавку, розширити спектр антимікробної дії, надати ниткам можливість впливати на адгезивні властивості мікроорганізмів та зменшити їх токсичність. При цьому міцність та еластичність ниток залишаються на рівні прототипу, що дозволяє покращити їх якість та розширити асортимент біологічно активних ниток і виробів медичного призначення. З літератури невідомо введення бактерицидної речовини срібло/кремнезем в розплав полімеру, що містить вуглецеві нанотрубки, з метою розширення спектру антимікробної дії ниток, надання здатності впливати на адгезивні властивості мікроорганізмів та зменшення їх токсичності. Корисна модель пояснюється таким прикладом. Приклад. Для формування монониток використовували ізотактичний поліпропілен марки 21030 з показником текучості розплаву (710) г/10 хв., вмістом атактичної фракції 5 мас. % та температурою плавлення 169 °C. Вуглецеві нанотрубки вибрані тришарові (ТУ У 26.8-30969031014-2007) з такими властивостями: зовнішній діаметр трубок - (1020) нм, питома поверхня 340 г/м. Комплексну речовину Ag/SiO2 одержували шляхом нанесення на поверхню + наночастинок кремнезему нітрату срібла з водного розчину з подальшим відновленням іонів Ag глюкозою. Після проведення реакції відновлення іонів срібла дисперсну добавку промивали дистильованою водою, потім етиловим спиртом, сушили протягом доби при кімнатній температурі, а потім у сушильній шафі при температурі 50 °C впродовж 10 годин, після чого прожарювали в муфельній печі. Комплексна добавка створена на основі пірогенного 2 кремнезему марки А-300 з величиною питомої поверхні 320 м /г. Середній розмір частинок 2 Ag/SiО2-17 нм, а питома поверхня - 245 м /г. Вміст срібла в комплексній добавці складав 10,0 мас. %. Змішування ПП з добавками здійснювали за допомогою комбінованого черв'ячнодискового екструдера лінії грануляції полімерів ЛГП-25, у якому між рухомим та нерухомим дисками виникають значні розтягувальні напруги, що покращує рівномірність змішування розплаву полімеру та добавок. Нитки формували на прядильній машині екструзійного типу при температурі (Т) (190210)°С, а термоорієнтаційне витягування здійснювали при Т = 150 °C, з кратністю (68) разів. Міцність ниток при розриві та у петлі і вузлі визначали за допомогою розривної машини РМ-3. Антимікробні властивості ниток та їх здатність впливати на адгезивні властивості мікроорганізмів вивчали за стандартними методиками. Антимікробні властивості оцінювали методом дифузії в агар за діаметром зони затримки росту мікроорганізмів, в міліметрах [Вивчення специфічної активності протимікробних лікарських засобів: Методичні рекомендації / Ю.Л.Волянський, І.С.Гриценко, В. П. Широбоков та інші. - К.: Державний фармакологічний центр, 2004. - 39с]. Адгезивні властивості мікроорганізмів після контакту з розробленими нитками визначали за методикою Бріліс [Методика изучения адгезивного процесса микроорганизмов / В.И. Брилис, Т.А. Брилене, Х.Б. Ленцер // Лабораторное дело. 1990. - №9. - С. 210-212]. 2 UA 108552 U Результати досліджень антимікробної активності ПП монониток в залежності концентрації комплексної бактерицидної речовини Ag/SiO2 та ВНТ наведені в таблиці. від Таблиця Вплив вмісту добавок на антимікробні та протигрибкові властивості ПП монониток Вміст BHT/Ag/ SiO2, 0,05/0,1 0,1/0,2 0,5/0,5 1,0/0,5 1,0/1,0 1,0/1,5 1,5/2,0 1,6/3,1 5 10 15 20 25 30 Діаметри затримки росту г S.aureus S.aureus АТСС АТСС 6538 25923 2,6±0,6 3,5±0,5 7,5±0,6 8,1±0,5 12,7±0,3 13,2±0,4 14,0±0,4 13,8±0,6 14,9±0,7 15,2±0,8 23,2±0,6 23,8±0,6 24,1±0,6 25,8±0,6 24,7±0,7 26,2±0,8 Е.соlі P.vulgaris АТСС АТСС 4636 225922 2,3±0,5 1,8±0,5 7,3±0,5 6,7±0,5 12,5±0,8 10,2±0,4 13,2±0,7 11,1±0,2 14,1±0,6 11,5±0,1 21,2±0,7 24,1±0,2 23,4±0,7 24,7±0,3 23,4±0,6 24,9±0,4 мікроорганізмів, мм Ps.aeurog АТСС 27853 1,7±0,5 6,9±0,5 11,1±0,7 11,7±0,4 12,2±0,3 20,7±0,4 21,9±0,6 22,2±0,6 Ps.aeurog АТСС 9027 1,6±0,5 7,3±0,5 11,8±0,6 12,2±1,0 12,7±0,5 22,2±0,9 22,9±0,8 23,3±0,8 C.albican sATCC 855/653 l, 3dzO, 4 7,1±0,4 8,0±1,1 9,3±1,4 10,0±0,1 14,3±1,4 15,1,4 15,4±1,4 Аналіз даних, наведених в таблиці, свідчить, що ступінь антимікробної активності модифікованих поліпропіленових монониток залежить від вмісту бактерицидної добавки. При збільшенні концентрації добавки срібло/кремнезем до 1,5 мас. % антимікробна і протигрибкова дії зростають. Подальше підвищення її вмісту зумовлює незначне покращення бактерицидних властивостей ниток, але погіршує їх механічні показники. Вивчення адгезивної активності ПП монониток, що містять 1,5 мас. % Ag/SiO2 та 1,0 мас. % вуглецевих нанотрубок, свідчить, що введення цих добавок надає ниткам адгезивних властивостей щодо мікроорганізмів. Так, при інкубації модифікованих ниток в культурами різних мікроорганізмів протягом 7 діб росту бактерій з їх поверхні не спостерігалось. Дослідження властивостей культур, з якими інкубувались нитки з добавками Ag/SiO2 та ВНТ, показали значне зниження адгезивної активності всіх досліджуваних штамів мікроорганізмів. При цьому адгезивна дія штамів S.aureus ATCC 22652 зменшувалась в середньому на 46,0 %, Е.соlі АТСС 225922 - на 51,0 %, Ps.aeuroginosa АТСС 9027 – на 36,0 %. Встановлено, що антиадгезивний вплив на анаеробні мікроорганізми був дещо нижчим: адгезивна активність штамів B.fragilis.13 зменшувалась на 34,0 %, Peptoc.niger. 1 - на 48,0 %, Peptostr.anaer.13 - на 30,0 %. Проведені дослідження механічних властивостей поліпропіленових монониток, наповнених комплексною речовиною срібло/кремнезем та вуглецевими нанотрубками показали, що величина їх міцності при розриві складає (450320) МПа, тобто знаходиться на рівні значень прототипу. Нитки мають хорошу еластичність, їх міцність у петлі і вузлі складає (240420) МПа та (260-^450) МПа відповідно. Підвищена міцність при розриві та низьке видовження монониток (7,542,0) % роблять їх зручними при використанні як шовних матеріалів та сировини для сітчастих інплантатів. Таким чином, запропонована композиція, яка містить термопластичний полімер, вуглецеві нанотрубки та бактерицидну добавку срібло/кремнезем дозволяє отримати нитки, які поєднують антимікробні, протигрибкові властивості та здатність впливати на адгезивні властивості мікроорганізмів з високою міцністю і еластичністю. За рахунок використання комплексної речовини Ag/SiO2 розширюються спектр антимікробної дії ниток і асортимент виробів на їх основі, а також зменшується їх токсичність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями, яка містить термопластичний полімер, вуглецеві нанотрубки та бактерицидну добавку, яка відрізняється тим, що як бактерицидну добавку вибрано срібло та кремнезем в наностані, при цьому компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: термопластичній полімер 97,9-98,3 срібло 0,01-0,24 кремнезем 0,19-1,76 вуглецеві нанотрубки 0,1-1,5. 3 UA 108552 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4