Полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу

Реферат: Полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу містить епоксиполіуретанову основу, амінний отверджувач та біологічно активну речовину. Як біологічно-активну речовину містить фероцен. UA 76608 U (12) UA 76608 U UA 76608 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до композиційних матеріалів на основі високомолекулярних сполук, що містять біологічно активні речовини і можуть бути використані при хірургічному лікуванні кісток. Відомий композиційний матеріал на основі поліуретану з добавкою лікарської речовини ізоніазиду. Матеріал застосовують як імплантат при лікуванні туберкульозу тканин та органів [1]. Поліуретан отримують взаємодією етеру (поліоксипропіленгліколю) з 2,4-, 2,6толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом. Матеріал має достатню адгезію до тканин та виражену біологічну активність. Проте, недостатні фізико-механічні властивості не дозволяють його використання як імплантата для лікування кісток. Відомий полімерний композиційний матеріал наповнений неорганічною домішкою для пластики кісткових тканин [2] на основі поліуретану та епоксидної діанової смоли з амінним отверджувачем. Матеріал характеризується високою міцністю на розрив, а включені до його складу неорганічні наповнювачі та лікарські речовини зменшують вірогідність ускладнень у післяопераційному періоді. Однак, надмірна жорсткість зазначеного матеріалу не сприяє відтворенню форми кісток після лікування. Прототипом запропонованої корисної моделі є полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу, що містить епоксидно - поліуретанову основу, амінний отверджувач, кремнієвмісний неорганічний нанонаповнювач та біологічно активний лікувальний препарат стрептоміцин [3]. Поліуретан отримай взаємодією простого етеру (поліоксипропіленгліколю) з 2,4-, 2,6-толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом. Для підвищення фізико-механічних властивостей полімерної матриці синтез поліуретану ведуть в середовищі епоксидно-діанової смоли та додають в композицію неорганічний нанонаповнювач. Додавання стрептоміцину надає композиції біологічної активності. Недоліком цього матеріалу є те, що для надання підвищених фізико-механічних властивостей, він містить неорганічний наповнювач. Присутність такого наповнювача подовжує термін виведення з організму залишків композиційного матеріалу після завершення лікування. Крім того, стрептоміцин іммобілізований за рахунок тільки водневих зв'язків, що обмежує період біологічної активності матеріалу. Задачею корисної моделі є розробка композиційного матеріалу з покращеними фізикомеханічними властивостями, та скороченим терміном виведення з організму залишків композиційного матеріалу після завершення лікування. Поставлена задача вирішується тим, що полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу, що містить епоксиполіуретанову основу, амінний отверджувач та біологічно активну речовину, згідно з запропонованою корисною моделлю, як біологічно активну речовину містить фероцен при наступному співвідношенні компонентів, мас.ч.: поліуретан 80-150 епоксидний діановий 100-200 олігомер амінний отверджувач 30-80 фероцен 0,1-1,0. Поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з кінцевими гідроксильними групами та реакційно здатними подвійними зв'язками, що містяться в залишках фумаратних фрагментів уздовж полімерного ланцюга, з 2,4-, 2,6-толуїлендіізоціанатом та 1,4бутандіолом при мольному співвідношенні (5÷6):(11÷13):(4÷6). Епоксидно-діановий олігомер містить 21-22 % мас. епоксидних груп. Амінний отверджувач виготовлений за ТУ 6-05-1-123 і є продуктом взаємодії полімеризованих естерів лляної олії з поліетиленполіаміном. В запропонованому технічному рішенні застосовані полімери та домішки, що дозволені для використання в медичній практиці. Біосумісність композиційного матеріалу забезпечується наявністю в полімерній матриці уретанової групи, що близька за будовою до пептидної групи білків. Гідрофільність та гнучкість композиційного матеріалу визначається наявністю олігооксипропіленфумарату. Міцність композиційного матеріалу забезпечується епоксидною складовою, а біологічна активність - фероценом. Для синтезу поліуретану спочатку конденсацією діоксипропіленфумарату отримують олігооксипропіленфумарат. Взаємодією олігоестеру (75 %-ого розчин у безводному етилацетаті) та 2,4-, 2,6- толуїлендіізоціанату синтезують за температури (50±5) °С форполімер з кінцевими групами NCO, вміст яких знаходиться у межах (6,5±0,1) %. Розчинник випаровують вакуумуванням. Подовжують олігомерний ланцюг 1,4-бутандіолом до повного вичерпання NCO - груп. До одержаного поліуретану додають епоксидно-діановий олігомер, ретельно перемішують. Вводять біологічно активну речовину - фероцен, знову перемішують до гомогенізації композиції. На останньому етапі зводять амінний отверджувач. Суміш перемішують до однорідності та розливають у підготовлені форми з фторпласту-4. Тверднення 1 UA 76608 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 проводять за температури (75±5) °С упродовж (5,0±0,5) годин. Полімерні вироби заданої форми в подальшому використовують при хірургічній пластиці кісток. Фізико-механічні властивості полімерного композиційного матеріалу для остеосинтезу вивчались за стандартними методиками. Міцність при згинанні - за ГОСТ 4648, міцність до розриву - за ГОСТ 11262. Термін виведення з організму залишків композиційного матеріалу оцінювали за питомою швидкістю гідролізу [4]. Приклади 1-9 ілюструють вплив співвідношення компонентів полімерного композиційного матеріалу для остеосинтезу (згідно з запропонованим технічним рішенням) на його властивості. Приклади 10÷12 - контрольні. Приклад 1. Полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу отримують в три стадії: 1) на першій стадії синтезують олігомерний естер олігооксипропіленфумарат. Для цього у 3 круглодонну скляну колбу ємністю 0,25 дм завантажують 133,0 г 1,2-пропіленгліколю, додають 100,0 г діетилфумарату, додають 1,4 г каталізатора n-толуолсульфокислоти, перемішують, нагрівають реакційну масу до (175±5) °С. Проводять переестерифікацію діетилфумарату 1,2пропандіолом. Пару етилового спирту видаляють через дефлегматор, що обігрівається, та конденсують етанол за допомогою зворотного холодильника. Далі ведуть конденсацію діоксипропіленфумарату при (185±5) °С до молекулярної маси (2500±200). Вакуумною дистиляцією видаляють низькомолекулярні домішки і залишки 1,2-пропандіолу та етилового спирту. Отримують 81,7 г олігоестеру, що характеризується гідроксильним числом (0,6±0,1) мгКОН/г та йодним числом (102±2) г J2/100 г; 2) на другій стадії синтезують поліуретан. У круглодонну скляну колбу ємністю 0,5 дм завантажують 81,7 г отриманого на першій стадії олігооксипропіленфумарату, додають 27,2 г безводного етилацетату та перемішують до повного розчинення олігоестеру. Кількісно 3 переносять розчин у ділильну лійку. У круглодонну скляну колбу ємністю 0,5 дм завантажують 12,9 г 2,4-, 2,6-толуїлендіізоціанату, включають мішалку, починають поступово через ділильну лійку додавати 75 %-вий розчин олігоестеру в етилацетаті. Після завершення введення розчину нагрівають реакційну масу до (50±5) °С. Здійснюють витримку в ізотермічних умовах для отримання форполімеру з кінцевими групами NCO, вміст яких знаходиться у межах (6,5±0,1) %. Знижують температуру до (25±5) °С, завантажують у колбу 5,4 г 1,4-бутандіолу та здійснюють витримку до повного вичерпання NCO - груп. Розчинник випаровують при вакуумуванні. Отримують 100,0 г поліуретану. 3) на третій стадії готують композицію. До одержаного поліуретану, який знаходиться у 3 круглодонній колбі ємністю 0,5 дм , додають 150,0 г епоксидно-діанового олігомеру, ретельно перемішують. Вводять 0,6 г фероцену, знову перемішують до гомогенізації композиції. Вводять 55,0 г амінного отверджувача. Суміш перемішують до однорідності та розливають у підготовлені форми з фторпласту-4. Тверднення проводять при (75±5) °С упродовж (5,0±0,5) годин. Полімерні вироби заданої форми в подальшому використовуються при хірургічній пластиці кісток. Приклад 2. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст поліуретану зменшують до 80 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 3. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст поліуретану збільшують до 150 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 4. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст епоксидного діанового олігомеру зменшують до 100 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 5. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст епоксидного діанового олігомеру збільшують до 200 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 6. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст амінного отверджувача зменшують до 30 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 7. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст амінного отверджувача збільшують до 80 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 8. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст фероцену зменшують до 0,1 г. Вміст інших компонентів не змінюють. 2 UA 76608 U 5 10 15 Приклад 9. За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст фероцену збільшують до 1,0 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Приклад 10. (контрольний). За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст фероцену збільшують до 1,1 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Властивості полімерного матеріалу майже не відрізняються від властивостей матеріалу за прикладом 9. Приклад 11. (контрольний). За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії при приготуванні композиції вміст фероцену зменшують до 0,07 г. Вміст інших компонентів не змінюють. Властивості полімерного матеріалу близькі до властивостей матеріалу за прототипом. Приклад 12. (контрольний). За аналогією до прикладу 1 з наступними відмінностями: на третій стадії композицію готують без фероцену. Вміст інших компонентів із не змінюють. Відсутність у складі фероцену значно погіршує фізико-механічні показники полімеру, що за міцністю поступається прототипу. Наведені в таблиці властивості полімерних композиційних матеріалів, отриманих за прикладами 1-2 та прототипом, ілюструють їх залежності від складу. Таблиця Склад полімерної композиції, мас. ч. Питома Міцність до Відносне швидкість Біологіч№ руйнування подовження гідролізу на прик- Поліу- Епоксидний Амінний при при 2 X10 , при активФероцен ладу ретан олігомер отверджувач розтягуванні, розтягуванні, 35 °C. (гність МПа % -1 -1 екв./л) ·с Склад полімерної композиції за 28,3 15,3 0,094 + прототипом 1 100 150 55 0,6 46,3 17,2 0,279 + 2 80 150 55 0,6 48,9 18,5 0,156 + 3 150 150 55 0,6 33,6 23,2 0,362 + 4 100 100 55 0,6 40,4 22,3 0,297 + 5 100 200 55 0,6 50,1 16,0 0,226 + 6 100 150 30 0,6 30,8 20,5 0,284 + 7 100 150 80 0,6 34,4 16,0 0,269 + 8 100 150 55 0,1 34,3 18,9 0,340 + 9 100 150 55 1,0 47,2 15,9 0,195 + 10к 100 150 55 1,1 48,0 15,1 0,235 + 11к 100 150 55 0,07 29,2 15,9 0,356 + 12к 100 150 55 20,6 20,2 0,510 Примітка. Приклад 1. Поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з 2,4-, 2,6-толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом при мольному співвідношенні: 5,5:12,0:5,0. Приклад 2. Поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з 2,4-, 2,6толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом при мольному співвідношенні: 6,0:13,0:6,0. Приклад 3. Поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з 2,4-, 2,6толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом при мольному співвідношенні: 5,5:12,0:5,0. Приклад 3. Поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з 2,4-, 2,6толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом при мольному співвідношенні: 5,0:11,0:4,0. Приклади 4-12. Поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з 2,4-, 2,6толуїлендіізоціанатом та 1,4-бутандіолом при мольному співвідношенні: 5,5:11,0:5,5. 20 25 З таблиці випливає, що використання для синтезу поліуретану олігооксипропіленфумарату, олігомеру з естерними групами у ланцюгу, що більш чутливі до гідролізу, ніж етерні групи поліуретану на основі поліоксипропіленгліколю (полімерний матеріал за прототипом), призводить до отримання полімерів, що мають більші питомі швидкості гідролізу. Відповідно, продукти деструкції полімерних матеріалів за запропонованим технічним рішенням будуть швидше виводитися з організму після лікування. Збільшення вмісту поліуретану еластифікує кінцевий полімер. Але при цьому його міцність значно перевищує міцність полімеру за прототипом. Такий ефект пояснюється присутністю в композиції фероцену, який, вочевидь, 3 UA 76608 U 5 10 15 20 виконує не тільки функцію біологічно активної речовини, але й сприяє процесам додаткового зшивання тривимірного полімеру за участю фумаратних зв'язків олігооксипропіленфумарату. За даними ІЧ-спектроскопії полімер, отриманий без додавання у композицію фероцену (контрольний приклад 12) містить до 80 % від вихідної кількості подвійних зв'язків. У полімерах, що одержані в присутності фероцену, їх взагалі не зафіксовано: характеристична смуга -1 валентних коливань з максимумом 1647 см групи С=С зникає. Перевищення вмісту фероцену понад вищу межу, що запропонована даним технічним рішенням, не доцільне, оскільки не покращує властивості полімерного матеріалу (контрольний приклад 10). Зменшення вмісту фероцену нижче нижньої межі, що запропонована даним технічним рішенням, не доцільне, оскільки властивості матеріалу вже не перевищують властивостей полімеру за прототипом (контрольний приклад 11). Джерела інформації: 1. Пат. 41791 Україна, u200814787, Кулєш Д.В., Галатенко Н.А., Рожнова Р.А. Полімерний композиційний матеріал // бюл. № 11, 10.06.2009. 2. Пат. 41791 Україна, u2005510171, Галатенко Н.А., Куксш A.M., Астапенко О.О., Рожнова P.А., Маланчук В.О. Полімерний композиційний матеріал для пластики кісткових тканим // бюл. № 3, 15.03.2006. 3. Пат. 59922 Україна, u201012081, Галатенко Н.А., Рожнова Р.А., Горбунова И.О. Полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу // бюл. № 11, 10.06.2011 - прототип. 4. Виденина Н.Г., Бондаренко П.А., Рыбачук В.П. Щелочной гидролиз ненасыщенных олигоэфиров и их сополимеров // Журн. прикл. химии.-1987, Т. 60, № 3, с. 581-585. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Полімерний композиційний матеріал для остеосинтезу, що містить епоксиполіуретанову основу, амінний отверджувач та біологічно активну речовину, який відрізняється тим, що як біологічно активну речовину містить фероцен при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: поліуретан 80-150 епоксидний діановий олігомер 100-200 амінний отверджувач 30-80 фероцен 0,1-1,0. 2. Полімерний композиційний матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що поліуретан синтезовано взаємодією олігооксипропіленфумарату з 2,4-, 2,6-толуїлендіізоціанатом та 1,4бутандіолом за мольного співвідношення реагентів: (5÷6):(11÷13):(4÷6). 3. Полімерний композиційний матеріал за п. 1, 2, який відрізняється тим, що олігооксипропіленфумарат синтезовано преестерифікацією діетилфумарату 1,2пропіленгліколем з подальшою конденсацією діоксипропіленфумарату до молекулярної маси (2200±200). 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