Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями

Реферат: Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями містить термопластичний полімер, бактерицидну добавку полігексаметиленгуанідинхлорид та добавку вуглецеві нанотрубки. UA 70415 U (12) UA 70415 U UA 70415 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до технології хімічних волокон та забезпечує одержання міцних еластичних полімерних ниток з антимікробними властивостями, які можуть бути використані як хірургічні шовні матеріали, для виготовлення сітчастих імплантатів, що застосовуються після хірургічних операцій, та для виробництва різних медичних виробів спеціального призначення. Відома композиція для отримання антимікробних полівінілспиртових волокон, наповнених наночастинками срібла, описана в Journal of Polymer Science: Part В: Polymer Physics, Vol. 44, 2006, P. 2468-2474. Композиція представляє собою водний розчин полівінілового спирту (ПВС) та нітрату срібла (AgNO3) зі співвідношенням компонентів ПBC/AgNO3 10/0,1 мас. %. Використання для формування ниток композиції із розчину полімеру і добавки у спільному розчиннику забезпечує диспергування добавки до нанорозмірів та її рівномірний розподіл у суміші. Одержані модифіковані нитки містять частинки срібла з середнім діаметром 6,3 нм, які рівномірно розподілені по довжині нитки, що забезпечує високі бактерицидні властивості: кількість колоній S. aureus та К. Pneumonia зменшилась 99,9 % після 18 годин інкубації. Однак, формування ниток в описаній композиції здійснюється із розчину полімеру, що є технологічно значно складнішим та дорожчим, ніж формування із розплаву полімеру. Крім того, для переведення іонів срібла в наностан проводять додаткові операції термообробки та ультрафіолетового опромінення модифікованих ПBC/AgNO 3 ниток, що також ускладнює технологічний процес їх виробництва та підвищує ціну. Відома також композиція для отримання бактерицидних полімерних монониток, описана в патенті України № 60448, Спосіб отримання бактерицидних полімерних монониток, МПК: D01F 1/00, D01F 11/00, 2011 p., яка містить термопластичний полімер та бактерицидну добавку полігексаметиленгуанідинхлорид (ПГГХ) в кількості (0,53,0) мас. %. Використання як добавки ПГГХ надає ниткам високу антимікробну та антимікотичну дію до ряду мікроорганізмів і грибів. При цьому вказана добавка підвищує також міцність ниток при розриві. Однак, використана бактерицидна добавка належить до хлорвмісних малотоксичних речовин (4-й клас згідно з ГОСТ 12.1.007), тому важливо зменшити її концентрацію в нитках. В той же час добавки ПГГХ майже не впливають на один із основних показників хірургічних ниток, а саме величину міцності в петлі та вузлі, яка характеризує їх еластичність. В основу корисної моделі поставлена задача створити таку композицію для отримання ниток з антимікробними властивостями, в якій шляхом зміни кількісного та якісного складу інгредієнтів забезпечилось би підвищення антимікробної дії при меншому вмісті бактерицидної речовини та зросла б міцність ниток в петлі і вузлі, завдяки чому поліпшилась би їх якість та розширився б асортимент виробів медичного призначення. Поставлена задача вирішується тим, що композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями, яка містить термопластичний полімер і бактерицидну добавку, згідно з корисною моделлю, містить додаткову добавку, при цьому як додаткову добавку вибрано вуглецеві нанотрубки (ВНТ), а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: 96,9термопластичний полімер 98,2 добавка полігексаметиленгуанідинхлорид 0,3-3,0 додаткова добавка - вуглецеві нанотрубки 0,1-1,5. Кращий результат буде досягнуто, якщо як термопластичний полімер буде застосовано поліпропілен (ПП), який має дозвіл на використання в медичній промисловості, а вуглецеві нанотрубки будуть три- або багатошаровими. Введення до складу суміші полімер/ПГГХ вуглецевих нанотрубок дозволяє підсилити антимікробну дію ниток і за рахунок цього зменшити вміст бактерицидної добавки в композиції, а також покращити еластичність ниток, що підвищить надійність хірургічних швів та розширить асортимент товарів, виготовлених на їх основі. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що введення вуглецевих нанотрубок в розплав суміші полімер/полігексаметиленгуанідинхлорид дозволяє розширити спектр антимікробної дії ниток за рахунок застосування двох речовин, що мають різну спрямованість біоцидної дії. Сумісне використання бактерицидної добавки та вуглецевих нанотрубок підсилює антимікробну дію ниток по відношенню до хвороботворних бактерій та збудників гнійнозапальних процесів при значно менших концентраціях бактерицидної добавки. Відомо, що ВНТ характеризуються рекордними міцністю та пружністю (остання досягає 5000 ГПа), тому введення їх в розплав композиції дозволяє підвищити еластичність ниток, тобто покращити один із основних показників шовних матеріалів, який визначає надійність фіксації 1 UA 70415 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 хірургічного вузла. Покращення еластичності ниток проявляється у збільшенні їх міцності у петлі і вузлі. Цей показник закладений в нормативну документацію ЕР (European Pharmacopea) та USP (U.S. Pharmacopea) для хірургічних шовних матеріалів. При введенні добавки ВНТ менше 0,1 мас. % антимікробні властивості підсилюються слабо через низьку концентрацію добавки та складність рівномірного її розподілу по довжині нитки. При підвищенні вмісту вуглецевих нанотрубок більше 1,5 мас. % антимікробні властивості ниток зростають, але спостерігається ефект насичення. Вуглецеві нанотрубки вибирають три- або багатошаровими, оскільки вони краще змішуються з розплавом полімеру: менше агрегуються та рівномірніше розподіляються по довжині ниток, ніж одношарові. Таким чином, використання як додаткової добавки ВНТ дозволяє зменшити вміст малотоксичної бактерицидної добавки та підвищити антимікробні властивості полімерних ниток у (1,12,8) рази. При цьому міцність ниток у петлі і вузлі зростає у (1,22,0) рази, що дозволяє покращити їх якість та розширити асортимент ниток і виробів медичного призначення. З літератури невідомо введення вуглецевих нанотрубок в розплав полімеру, що містить полігексаметиленгуанідинхлорид, з метою підвищення антимікробних властивостей за меншої концентрації бактерицидної добавки та збільшення еластичності ниток. Корисна модель пояснюється такими прикладами. Приклад 1. Для формування композиції використовували ізотактичний поліпропілен марки 21030 з показником текучості розплаву (710) г/10 хв., вмістом атактичної фракції - 5 мас. % та температурою плавлення 169 °C. Як антимікробну добавку використовували полігексаметиленгуанідинхлорид з середньою молекулярною масою 5000, який переходить у в'язко-текучий стан при температурі 169 °C. Додаткова добавка - тришарові вуглецеві нанотрубки (ТУ У 26.8-30969031-014-2007) з такими властивостями: зовнішній діаметр трубок 2 (1020) нм, питома поверхня - 340 г/м . Змішування компонентів здійснювали за допомогою комбінованого черв'ячно-дискового екструдера лінії грануляції полімерів ЛГП-25, у якому між рухомим та нерухомими дисками виникають значні розтягувальні напруження, 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 (48) раз. Механічні властивості ниток визначали за допомогою розривної машини РМ-3. Антимікробні властивості ниток оцінювали за стандартною методикою, що використовується в медичній промисловості [Вивчення специфічної активності протимікробних лікарських засобів: Методичні рекомендації / Ю. Л. Волянський, І. С. Гриценко, В. П. Широбоков та інші. - К.: Державний фармакологічний центр, 2004.-39 с]. Для цього відрізки ниток довжиною 3,0 см витримували в 0,5 мл фізіологічного розчину протягом 24-х годин при температурі 37 °C, потім отриману модельну рідину заливали у лунки живильного середовища (м'ясопептонний кров'яний агар), розміщеного в чашці Петрі. Живильне середовище було попередньо засіяне зависсю однієї з мікробних культур, що досліджувались. Кількість 9 мікроорганізмів, здатних давати ріст в 1 мл зависі, складала 10 КУО/мл. Після цього чашки Петрі з посівами інкубували в термостаті при температурі 37 °C протягом 24-х годин. Антимікробні властивості модифікованих ПП ниток визначали за діаметром зони затримки росту мікроорганізмів, в міліметрах. Результати дослідження антимікробних та механічних властивостей модифікованих поліпропіленових ниток наведені в табл. 1, 2. Аналіз даних підтверджує підвищення антимікробної дії ниток, сформованих із трикомпонентних композицій ПП/ПГГХ/ВНТ, до ряду мікроорганізмів та грибів. Вже при концентрації 0,3 мас. % бактерицидної добавки та 0,1 мас. % вуглецевих нанотрубок поліпропіленові нитки проявляють антимікробні властивості (табл. 1). При введенні 0,1 мас. % ВНТ в суміш ПП/ПГГХ, яка містить 0,5 мас. % бактерицидної добавки, різко підвищується антимікробна дія модифікованих ниток до всіх досліджених мікробів і грибів. Як видно з табл. 1, діаметр затримки росту мікроорганізмів зростає в (2,12,8) рази. Збільшення концентрації полігексаметиленгуанідинхлориду і вуглецевих нанотрубок в композиції супроводжується підвищенням антимікробної дії ниток, але ефект підсилення проявляється слабше (табл. 1). 2 UA 70415 U Таблиця 1 Вплив добавок ПГГХ і ВНТ на антимікробні властивості ПП ниток Вміст ВНТ/ПГГХ мас. % 0,1/0,2 0,1/0,3 0,1/0,5 0,1/1,0 0,1/1,5 0,1/3,0 0,5/0,5 0,5/1,0 0,5/1,5 1,0/1,0 1,0/3,0 1,5/3,1 0,5/0 (аналог) 5 Діаметри затримки росту мікроорганізмів, мм S.aureus Е.соlі S.aureus АТСС АТСС АТСС 6538 25923 22592 ріст ріст ріст 6,4 7,1 6,2 16,4 17,0 17,2 21,0 20,8 22,4 27,0 28,0 29,1 31,7 30,9 30,3 18,2 19,1 18,1 22,7 23,2 21,6 30,9 31,0 30,4 31,8 33,2 29,3 35,9 36,2 29,9 36,0 35,9 30,1 5,8 6,9 ріст 6,2 8,2 24,2 29,3 30,8 9,0 26,2 29,9 31,1 32,3 32,8 ріст 5,8 7,8 21,3 25,1 27,0 9,2 20,1 24,9 25,7 25,9 26,6 ріст 4,0 6,2 12,9 15,7 26,2 6,9 21,0 25,1 26,2 27,5 28,1 C.albicans АТСС 855/653 ріст 2,4 5,4 7,1 16,4 26,4 7,9 8,3 20,9 21,3 22,3 22,8 3,4 3,2 3,2 2,6 P.vulgaris Ps.aeurog Ps.aeurog АТСС 4636 АТСС 27853 ATCC 9027 5,3 Проведені дослідження механічних властивостей модифікованих ниток показали, що добавки ВНТ підвищують їх міцність при розриві, а також різко покращують еластичні властивості, про що свідчить збільшення міцності в петлі і вузлі (табл. 2). Як видно з табл. 2, введення нанотрубок в розплав суміші ПП/ПГГХ супроводжується ростом еластичності ниток у (1,22,1) рази. Таблиця 2 Вплив добавок ПГГХ і ВНТ на механічні властивості ПП ниток Вміст добавок ПГГХ/ВНТ, мас. % 0,2/0,05 0,1/0,1 0,5/0,1 1,0/0,1 1,0/0,5 3,0/1,5 3,1/1,6 0,5/0 (аналог) 10 15 20 Текс 4,0 4,3 4,5 4,0 4,0 4,4 4,4 4,0 Міцність при розриві, МПа 410 440 510 590 620 440 440 400 Видовження при розриві, % 11,3 10,3 9,6 9,8 9,0 9,0 9,2 7,6 Міцність у петлі, МПа 230 250 350 380 410 260 265 210 Міцність у вузлі, МПа 250. 270 420 440 450 280 270 230 Приклад 2. Для формування ниток використовували полікапроамід (ПКА) з такими характеристиками: температура плавлення - 218 °C, відносна в'язкість розчину в сірчаній кислоті - 2,40, вміст низькомолекулярних сполук - 1,32 %. Як добавки вводили ПГГХ та вуглецеві нанотрубки, описані в прикладі 1, в кількості по 0,5 мас. % кожної. Змішування компонентів здійснювали на лінії грануляції полімерів ЛГП-25 при температурі (220245)°С по зонах екструдера. Нитки формували на прядильній машині екструдерного типу при температурі (220245)°С, а термоорієнтаційне витягування ниток здійснювали при Т=140 °C. Антимікробні та механічні властивості визначали за методиками, описаними в прикладі 1. Одержані результати свідчать про зростання антимікробної дії ниток, що містять одночасно дві добавки, яке проявляється до всіх досліджених мікроорганізмів. Найбільший ефект досягається по відношенню до культури 3 UA 70415 U 5 10 15 20 St.aureus - діаметр зони затримки росту складає 27,2±1,2 мм. Еластичність ниток також покращується: міцність у петлі і у вузлі зростає у (1,41,6) рази відповідно. Таким чином, за способом, що пропонується, отримують нитки, які характеризуються біологічною сумісністю, стійкістю до бактерій, високими міцністю і еластичністю та забезпечують надійну фіксацію хірургічних швів. Нитки стійкі до впливу продуктів життєдіяльності організму, не викликають змін в його тканинах. Завдяки гладенькій поверхні та монолітності нитки проявляють мінімальну травматичну дію при проходженні через тканини, забезпечують хороший косметичний ефект та зменшують ступінь больових відчуттів при видаленні швів. На відміну від ниток, що виготовляють способом за найближчим аналогом, вони характеризуються кращою якістю завдяки меншому вмісту хлорвмісної бактерицидної добавки та підвищеній міцності у петлі і вузлі. Створені нитки використовуватимуться як хірургічні шовні матеріали та сітчасті імплантати для попередження раневої інфекції та післяопераційних ускладнень, а також для виготовлення нових медичних виробів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями, що містить термопластичний полімер і бактерицидну добавку, яка відрізняється тим, що містить додаткову добавку, при цьому як додаткову добавку вибрано вуглецеві нанотрубки, а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: термопластичний полімер 96,9-98,2 добавка 0,3-3,0 полігексаметиленгуанідинхлорид додаткова добавка - вуглецеві 0,1-1,5. нанотрубки Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4