способ получения материала на основе природных полимеров

Формула изобретения

Способ получения материала на основе природных полимеров, содержащего альгинат натрия, путем смешения водных растворов компонентов и сушки полученного геля, отличающийся тем, что водный раствор альгината натрия смешивают с водны раствором уксуснокислого коллагана при массовом соотношении (1 : 9) - (9 : 1) и полученную смесь сушат при 1 - 40^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии и технологии высокомолекулярных природных соединений, конкретнее к способу получения материала на основе альгината и коллагена.

Материалы на основе природных полимеров, например коллагена, и альгината, обладают рядом ценных свойств - высокой биосовместимостью, биодеградацией и т. д. , и нашли широкое применение в различных областях техники. Однако материалы на основе коллагена и альгината не обладают достаточными физико-механическими свойствами.

Известны покрытия для ран из многослойного композиционного материала, которые содержат слои из коллагена, альгината и коллаген-альгинатного комплекса (заявка ЕПВ N 0227955, кл. A 61 L 15/01, опубл. 08.07.87; заявка ЕПВ N 0099758, кл. A 61 F 13/00, опубл. 12.10.88; патент США N 4614794, кл. 530/365, опубл. 30.09.86).

Для обеспечения необходимой механической прочности указанные покрытия содержат опорный и усиливающий слои. Технология изготовления такого многослойного материала трудоемка и сложна.

Наиболее близким техническим решением является способ получения альгинатного материала с улучшенной механической прочностью, включающий смешение водных растворов альгината натрия и соли кальция при определенном молярном соотношении с последующим замораживанием смеси при температуре (-1) - (-196)^oC и выдерживанием при данной температуре в течение 1 - 24 ч. После размораживания проводят высушивание гелеобразного альгинатного материала в режиме механического отжима. В результате такой последовательности операций получается материал с механической прочностью на разрыв 300 - 1000 кг/см², который способен сохранять свою форму в водном растворе в течение суток. Однако известный способ является продолжительным и трудоемким, а полученный альгинатный материал не является достаточно прочным (авт. св. СССР N 1171474, кл. C 08 J 9/00, опубл. 30.09.85).

Задачей изобретения является создание способа получения коллаген-альгинатного материала, обладающего улучшенными физико-механическими свойствами и увеличенными сроками рассасывания материала.

Задача решается путем добавления в водный раствор альгината натрия водного раствора уксуснокислого коллагена при массовом соотношении (1:9) - (9: 1), и сушке полученного геля при температуре 1 - 40^oC (до остаточной влажности 20 - 25%). Для увеличения сроков рассасывания при смешении компонентов в исходную смесь могут быть дополнительно введены сшивающие агенты, такие как глюконат кальция и/или глутаровый альдегид.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что к водному раствору альгината добавляют новый компонент водный раствор уксуснокислого коллагена при массовом соотношении (1:9) - (9:1) и сушат полученный гель при Т = 1 - 40^oC.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известны материалы на основе коллагена и альгината (коллаген-альгинатные комплексы). Однако добавление коллагена к альгинату не обеспечивало появление у материала таких свойств, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно, повышение физико-механических свойств и увеличение сроков рассасывания.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. К 150 мл 0,5%-ного водного раствора альгината натрия приливают 150 мл 0,5%-ного водного уксуснокислого коллагена, перемешивают растворы, центрифугируют при 30000 об/мин в течение 30 с для удаления воздуха, переносят в кювету, которую затем помещают в сушильную камеру с принудительным воздухообменом и сушат до остаточной влажности 20 - 25% при 20^oC. Полученный образец толщиной 5 мкм имеет следующие характеристики: разрывная прочность 920 кг/см², деформация при разрыве 10%. 0,5%-ный водный раствор уксуснокислого коллагена готовится разведением 2%-ного уксуснокислого раствора коллагена (ВФС 42-724-78), который затем подщелачивается раствором аммиака до pH 6,0 (выше изоэлектрической точки коллагена). Водный раствор альгината натрия получали при перемешивании порошка Manugel DJ и воды.

Пример 2. К 270 мл 0,5%-ного водного раствора альгината натрия приливают 30 мл 0,5%-ного водного уксуснокислого раствора коллагена. Далее аналогично примеру 1.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, за исключением того, что разлитую в кюветы смесь высушивают в специальной холодильной камере с искусственным климатом при температуре 1^oC. Сушка длится примерно сутки, но сушка проходит гораздо равномернее, все участки материала имеют одинаковые физико-механические характеристики.

Пример 4. Аналогичен примеру 1, за исключением того, что смесь высушивают при температуре 40^oC. Срок сушки значительно сокращается, (но не более 7 - 8 ч), однако в материале появляются пересохшие участки с влажностью менее 15%.

Пример 5. К 75 мл 0,5%-ного водного раствора уксуснокислого коллагена приливают 112,5 мл 1%-ного водного раствора альгината натрия и 76 мл воды и перемешивают, затем добавляют 36,5 мл 1%-ного водного раствора глюконата кальция, вновь перемешивают и далее аналогично примеру 1.

Пример 6. К 100 мл 0,5%-ного водного раствора уксуснокислого коллагена приливают 100 мл 1%-ного водного раствора альгината натрия и 100 мл воды, перемешивают, затем добавляют 0,1 мл 25%-ного водного раствора глутарового альдегида, вновь перемешивают и далее аналогично примеру 1.

Пример 7. К 30 мл 0,5%-ного водного раствора уксуснокислого коллагена приливают 135 мл 1%-ного водного раствора альгината натрия и 91 мл воды и перемешивают, потом приливают 44 мл 1%-ного раствора глюконата кальция и перемешивают, добавляют 0,03 мл 25%-ного глутарового альдегида и вновь перемешивают. Далее аналогично примеру 1.

Пример 8. К 270 мл 0,5%-ного водного раствора уксуснокислого коллагена приливают 30 мл 0,5%-ного водного раствора альгината натрия. Далее аналогично примеру 1.

Свойства получаемого коллаген-альгинатного материала по примерам 1 - 8 приведены в таблице.

Измерения физико-механических свойств пленочных образцов проводили (ГОСТ 14236-81) с предварительным кондиционированием образцов при определенных значениях влажности. Срок рассасывания определялся по методике, описанной в (Меркулов Г.А. Курс паталогогистологической техники. М.: Медицина, 1969, с. 422).

Также имеют большое значение температурные пределы сушки смеси компонентов. При получении материала данным способом при температуре ниже -1^oC исходная смесь замораживается, и срок сушки увеличивается до месяца и более, что делает способ при таких температурах нетехнологичным. Повышение температуры свыше 40^oC ведет к резкому снижению относительной деформации при разрыве (ниже 3,5%), что делает материал совсем хрупким.

В результате предложенного способа получают листовой коллаген-альгинатный материал, толщиной 50 мкм с прочностью при разрыве 840 - 2000 кг/см², а относительной деформацией 6,5 - 12%, и сроками рассасывания 13 - 15 дней. Введение в исходную композицию сшивающих агентов глюконата кальция и/или глутарового альдегида позволяет варьировать сроки рассасывания материала от 24 - 56 дней.

Выход за пределы указанных соотношений компонентов приводит к образцам, которые имеют физико-механические характеристики и сроки рассасывания, не отличающиеся от значений, полученных при испытаниях коллагеновой (Jornal of Biomedical Material Research, Vol. 21, 643 - 655 (1987)) и/или альгинатной пленок (авт. св. СССР N 1171474, кл. C 08 J 9/00, опубл. 07.08.85).

Предлагаемый способ позволяет получать коллаген-альгинатный материал с содержанием коллагена от 10 до 90%, с улучшенными прочностными свойствами и с более широким диапазоном сроков рассасывания, который может быть использован в медицине в качестве покрытий для лечения ран, ожогов и т. п., в биохимической промышленности в качестве основы текстурированных пищевых форм (съедобных упаковочных материалов) и гелеобразователей.

Кроме того, данный способ дает возможность варьировать сроки рассасывания получаемого материала, что расширяет области его применения, а именно в качестве мембран, искусственных сосудов и т.д.

Предложенный материал обладает способностью облегать анатомические контуры тела, что особенно важно в медицине.