Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями

Реферат: Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями містить термопластичний полімер і наповнювач з наночастинок срібла. Наповнювач містить наночастинки діоксиду кремнію, а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: полімер 97,0÷99,8 0,2÷3,0 (срібло - 0,01÷0,3; наповнювач діоксид кремнію - 0,19÷2,7). UA 72805 U (12) UA 72805 U UA 72805 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології хімічних волокон та забезпечує одержання полімерних ниток з антимікробними властивостями і покращеними механічними характеристиками, які можуть бути використані як хірургічні шовні матеріали, для виготовлення антимікробного текстилю та сітчастих імплантатів, що застосовуються після хірургічних операцій, а також для виробництва медичних виробів спеціального призначення. Відома композиція для отримання ниток з бактерицидними властивостями методом мокрого формування, описана в патенті США № 7,410,650, Метод формування волокон, наповнених наносріблом, МПК: A01N25/00, D01F1/10, D02G3/00, D06M23/10, С08K3/02, 2008 р. В склад композиції входять: полімер, органічний розчинник, сіль срібла, диспергатор та відновник. Як полімер використовують поліакрилонітрил. Наночастинки срібла одержують шляхом + відновлення йонів срібла (Ag ) до металічного стану в розчині полімеру. Це дозволяє сформувати наночастинки Ag з вузьким розподілом за діаметрами та рівномірно розподілити їх в об'ємі прядильного розчину. Розмір наночастинок не перевищує 100 нм, а їх концентрація складає (0,01÷1,0) мас. %. Диспергатор - це поверхнево-активні речовини або водорозчинні полімери, які протидіють агрегації частинок наносрібла в прядильному розчині. Сформовані поліакрилонітрильні волокна, наповнені наночастинками Ag, проявляють високі бактерицидні властивості. Вони використовуються для виробництва антимікробних тканин з пролонгованою бактерицидною дією. Так, величини бактеріостатичності і бактерицидності по відношенню до St.aureus ATCC 6538р складають >5,26 і >3,01 відповідно. Після 50-разового прання бактерицидні властивості зберігаються, а значення бактеріостатичності та бактерицидності становлять 4,15 та 1,54 відповідно. Однак наповнені наносріблом поліакрилонітрильні нитки не можуть використовуватися як хірургічні шовні матеріали та як сировина для імплантатів через їх низькі міцність і еластичність, а також наявність в нитках домішок хімічних речовин (сіль срібла, диспергатор, відновник). Крім того, формування ниток, згідно з описаною композицією, здійснюється із розчину полімеру, що є технологічно складнішим та дорожчим, ніж формування із розплаву. Відома також композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями, описана в патенті України № 27411, Композиційна полімерна нитка з наночастинками срібла і міді, МПК D01F1/10, 2007 p., яка містить полімер і наповнювач з наночастинок срібла. Крім того наповнювач містить наночастинки міді, при цьому наночастинки срібла і міді отримані ерозійновибуховим диспергуванням срібних і мідних гранул. Одночасне використання як наповнювача наночастинок срібла і міді підвищує бактерицидну, антимікотичну і віруліцидну активність нитки в порівнянні з окремими компонентами. Вказаний ефект досягається за рахунок взаємного синергетичного підсилення дії срібла і міді при сумісному їх використанні. Нитки, наповнені наночастинками міді і срібла, можуть бути сформовані з розплаву або розчину полімеру, їх рекомендується використовувати для виробництва текстильних виробів з антибактеріальною та протигрибковою активністю. Однак, при отриманні наночастинок срібла і міді методом ерозійно-вибухового диспергування, вони мають велику неоднорідність розподілу за розмірами - (2÷1000) нм, що негативно впливає на механічні властивості ниток. Крім того, як наповнювач використовується не комплексна добавка, а в розплав чи в розчин полімеру вводиться одночасно два види наночастинок, що ускладнює їх рівномірний розподіл в об'ємі розплаву полімеру та по довжині ниток. В основу корисної моделі поставлена задача створити таку композицію для отримання ниток з антимікробними властивостями, в якій зміною якісного складу інгредієнтів забезпечилось би розширення спектра антимікробної і протигрибкової дії та підвищення міцності та еластичності ниток, 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 і наповнювач з наночастинок срібла, згідно з корисною моделлю, наповнювач додатково містить наночастинки діоксиду кремнію, а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: полімер 97,0÷99,8 0,2÷3,0 наповнювач (срібло - 0,01÷0,3; діоксид кремнію - 0,19÷2,7). Кращий результат досягатиметься, якщо як термопластичний полімер буде застосовано поліпропілен, який характеризується біологічною сумісністю, стійкістю до бактерій і продуктів життєдіяльності організму та не викликає змін в його тканинах. Це дозволить використовувати 1 UA 72805 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нитки як хірургічні шовні матеріали та як сировину для виготовлення сітчастих післяопераційних імплантатів. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що в розплав полімеру вводять комплексний наповнювач - наночастинки діоксиду кремнію з нанесеними наночастинками срібла (Ag/SiO2). Використання комплексного наповнювача (Ag/SiO2) дозволяє розширити спектр антимікробної дії ниток, сформованих з цієї композиції, за рахунок застосування в одній добавці двох речовин, що мають різну антибактеріальну спрямованість. Бактерицидні властивості срібла добре відомі. Препаратам срібла, як антисептикам, притаманний спектр бактерицидної, віруліцидної та фунгіцидної дії, тому вони знаходять широке застосування в медичній практиці. Нанорозмірний діоксид кремнію - біологічно інертна речовина, має велику питому поверхню. Він є ефективним сорбентом, а препарати на його основі проявляють високі антимікробні, адгезивні та сорбційні властивості. Використання заявлюваного комплексного наповнювача дозволить розширити антимікробну дію ниток, сформованих з цієї композиції, забезпечить їм адсорбційні властивості та здатність впливати на один із основних факторів вірулентності мікроорганізмів, а саме на адгезивну активність. При цьому використання комплексного наповнювача є більш технологічним, оскільки легше досягти однорідного розподілу наночастинок однієї добавки як в розплаві полімеру, так і в готових нитках. При введенні наповнювача Ag/SiO2 менше 0,2 мас. % антимікробні властивості проявляються слабо через низьку концентрацію добавки та неоднорідність її розподілу по довжині нитки. Підвищення концентрації зумовлює покращення антимікробних та протигрибкових властивостей ниток. При цьому має місце ефект насичення, коли вміст наповнювача складає 3,0 мас. %. Механічні характеристики модифікованих ниток покращуються при збільшенні концентрації наповнювача до 1,5 мас. %. При подальшому рості кількості Ag/SiO2 міцність і початковий модуль ниток падають, але залишаються вищими або на рівні ниток із вихідного полімеру. Таким чином, використання комплексного наповнювача Ag/SiO 2 дозволяє отримати нитки з антимікробними та протигрибковими властивостями. При цьому їх міцність при розриві та початковий модуль зростають у 1,4 разу, що дозволяє покращити їх якість та розширити асортимент ниток і виробів медичного призначення. З літератури невідомо використання як наповнювача наночастинок діоксиду кремнію з нанесеними наночастинками срібла з метою одержання ниток з антимікробними властивостями та покращеними механічними характеристиками. Корисна модель пояснюється такими прикладами. Приклад 1 Композицію для формування монониток з антимікробними властивостями одержували шляхом змішування в розплаві поліпропілену (ПП) з нанонаповнювачем. Був використаний ізотактичний ПП з показником текучості розплаву 10 г/10 хв, вмістом атактичної фракції - 5 мас. % та температурою плавлення - 169 °C. Як наповнювач використовували комплексну добавку наночастинки діоксиду кремнію з нанесеними на них наночастинками срібла (Ag/SiO 2). Комплексну добавку одержували шляхом нанесення на поверхню наночастинок кремнезему + нітрату срібла з водного розчину та наступного відновлення іонів Ag глюкозою. Після проведення реакції відновлення іонів срібла, дисперсну добавку промивали дистильованою водою, потім - етиловим спиртом і 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 кремнезему марки А-300 з 2 величиною питомої поверхні 320 м /г. Середній розмір частинок Ag/SiO2 -17 нм, а питома 2 поверхня - 245 м /г. Вміст срібла в комплексній добавці складав 0,05 мас. %. Для забезпечення необхідного ступеня диспергування та однорідного розподілу нанонаповнювача в об'ємі розплаву ПП змішування здійснювали за допомогою черв'ячно-дискового екструдера лінії грануляції полімерів ЛГП-25, у якому між рухомим та нерухомим дисками виникають значні розтягувальні напруження. Мононитки формували на прядильній машині екструзійного типу при температурах (Т) (190÷210)°С по зонах, а термоорієнтаційне витягування здійснювали при Т=150 °C, з кратністю 8 раз. Механічні властивості ниток визначали за допомогою розривної машини марки КТ-7010 AZ. 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 2 UA 72805 U 5 середовище було попередньо засіяне зависсю однієї з мікробних культур, що досліджувались. 9 Кількість 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 впливу комплексного наповнювача Ag/SiO2 на антимікробні властивості ПП монониток наведені в таблиці 1. Аналіз даних свідчить, що ступінь антимікробної активності наповнених ПП монониток залежить від вмісту Ag/SiO 2. При збільшенні концентрації добавки до 1,5 мас. % антимікробна і протигрибкова дії зростають. 10 Таблиця 1 Вплив Ag/SiO2 на антимікробні та протигрибкові властивості ПП монониток Вміст Ag/SiO2, мас. % 0,0 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 3,0 3,1 S.aureus АТСС 25923 ріст 2,5±0,6 7,4±0,7 11,2±1,2 12,7±0,3 14,0±0,4 14,9±0,7 14,8±0,3 Діаметри затримки росту мікроорганізмів, мм Е.соlі Ps.aeurog S.aureus P.vulgaris Ps.aeurog АТСС АТСС АТСС 6538 АТСС 4636 АТСС 9027 225922 27853 ріст ріст ріст ріст ріст 3,3±0,5 2,3±0,5 1,7±0,5 1,7±0,5 1,6±0,5 7,8±0,8 8,2±0,6 6,6±0,4 7,1±0,7 7,3±0,6 11,2±0,8 11,1±0,9 9,5±0,3 10,0±0,9 10,0±0,8 13,2±0,4 12,5±0,8 10,2±0,4 11,1±0,7 11,8±0,6 13,8±0,6 13,2±0,7 11,1±0,2 11,7±0,4 12,2±1,0 15,2±0,8 14,1±0,6 11,5±0,1 12,2±0,3 12,7±0,5 14,9±0,4 15,0±0,3 12,1±0,3 11,9±0,8 12,5±0,4 C.albican sATCC 855/653 ріст 1,2±0,4 7,0±0,3 7,8±0,8 8,0±1,1 9,3±1,4 10,0±0,1 10,2±0,1 Подальше підвищення вмісту наповнювача зумовлює незначне покращення бактерицидних властивостей композиційних ниток. Таблиця 2 Вплив добавок Ag/SiO2 на механічні властивості ПП монониток Вміст Ag/SiO2, мас. % 0,0 0,2 0,5 1,5 3,0 Текс 4,0 4,1 5,0 5,0 4,8 Р, МПа 400 510 540 490 410 Е, МПа 5300 6700 7500 6300 6200 ε*, % 8,9 14,5 14,6 14,2 11,1 * - видовження при розриві 15 20 25 30 Присутність в ПП мононитках комплексного наповнювача забезпечує підвищення їх міцності (Р) при розриві та початкового модуля (Е) в 1,4 разу в порівнянні з ниткою із вихідного ПП (табл. 2). Це особливо важливо при використанні ниток як хірургічного шовного матеріалу, оскільки забезпечує надійну фіксацію хірургічного вузла. Підвищена міцність при розриві та низьке видовження роблять їх зручнішими у використанні. Приклад 2 Для одержання полікапроамідних ниток з антимікробними властивостями готували композицію із полікапроаміду (ПКА) та комплексного наповнювача Ag/SiO 2, описаного в прикладі 1. Вихідний ПКА мав такі характеристики: температура плавлення - 218 °C, відносна в'язкість в сірчаній кислоті - 2,40, вміст низькомолекулярних сполук (НМС) - 1,32 %. Полікапроамід попередньо сушили під вакуумом при температурі (90±5)°С до вмісту НМС - 0,05 мас. %. Змішування компонентів здійснювали на лінії грануляції полімерів ЛГП-25 при температурах (220÷245) °С по зонах екструдера. Нитки формували на прядильній машині екструдерного типу при температурах (220÷245)°С, а термоорієнтаційне витягування ниток здійснювали при Т=140 °C з кратністю 6 раз. Антимікробні та механічні властивості визначали за методиками, описаними в прикладі 1. Аналіз одержаних результатів свідчить, що введення 1,5 мас. % 3 UA 72805 U 5 Ag/SiO2 дозволяє одержати ПКА нитки з антимікробною дією на рівні з поліпропіленовими нитками. При цьому міцність і еластичність ниток також покращуються. Таким чином, запропонована композиція полімер/наповнювач Ag/SiO 2 дозволяє отримати нитки з антимікробними і протигрибковими властивостями та покращеними механічними характеристиками. За рахунок використання комплексного наповнювача розширюються спектр антимікробної дії ниток та асортимент виробів на їх основі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Композиція для отримання ниток з антимікробними властивостями, яка містить термопластичний полімер і наповнювач з наночастинок срібла, яка відрізняється тим, що наповнювач додатково містить наночастинки діоксиду кремнію, а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: полімер 97,0÷99,8 0,2÷3,0 (срібло - 0,01÷0,3; наповнювач діоксид кремнію - 0,19÷2,7). Комп’ютерна верстка В. Мацело 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