DE3875217T2

DE3875217T2 - Wundverband mit aktivkohle.

Info

Publication number: DE3875217T2
Application number: DE8888309258T
Authority: DE
Inventors: John James Freeman; Stuart Windust Jackson; Kenneth Stafford William Sing; Rory James Maxwell Smith; Joanne Evelyn Wright
Original assignee: Johnson and Johnson
Current assignee: Johnson and Johnson
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-10-06
Also published as: EP0311364B1; KR970001498B1; ES2035313T3; ZA887278B; KR890006261A; IE883016L; JP2852033B2; PT88687A; EP0311364A3; MX169582B; GR1000268B; AU2342588A; EP0311364A2; JPH021282A; ATE81293T1; DE3875217D1; IE62084B1; PH25863A; JP2970909B2; BR8805159A

Description

Diese Erfindung betrifft Wundverbände und insbesondere Wundverbände, die eine Schicht von mesoporöser Aktivkohle einschließen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von mesoporöser Aktivkohle zur Verwendung in einem Wundverband.
Es ist seit langem bekannt, daß Kohle stark adsorbierend gemacht werden kann durch Erhitzen in einer geeigneten Atmosphäre, wobei das Produkt einer derartigen Behandlung üblicherweise als "Aktivkohle" bezeichnet wird. Viele Anwendungen wurden für die adsorbierenden Eigenschaften der Aktivkohle gefunden, insbesondere bei der Adsorption von unerwünschten Verunreinigungen aus Gasen und Flüssigkeiten. Bis vor relativ kurzer Zeit wurde Aktivkohle im allgemeinen in Form kleiner Körnchen verwendet, da die bekannten Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle zu einem Produkt führten, das außerordentlich zerbrechlich und in jeder anderen Form schwer zu handhaben war.
Die GB 1 301 101 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines relativ festen und elastischen Aktivkohle-Tuches aus faserartigen Kohlehydraten als Ausgangsmaterialien. In diesem Verfahren werden die Ausgangsmaterialien zuerst durch Zugabe gewisser Lewis-Säuren vorbehandelt. Ein derartiges Aktivkohle-Tuch wurde als besonders geeignet für die Verwendung in Wundverbänden gefunden, wobei festgestellt wurde, daß es nicht nur schädliche Gerüche aus infizierten Wunden adsorbiert, sondern auch Bakterien adsorbiert und dadurch die Wundheilung fördert.
Wenn faserartige Cellulose-Materialien durch das in GB 1 301 101 beschriebene Verfahren pyrolysiert werden, so bildet das Cellulose-Material zuerst ein kohlenstoffhaltiges Verkohlungsprodukt, und die fortdauernde Pyrolyse aktiviert dieses Verkohlungsprodukt. Während der erwähnten Aktivierungsstufe werden Poren in dem Verkohlungsprodukt gebildet, mit dem Ergebnis, daß seine spezifische Oberfläche und seine Adsorptionsfähigkeit sehr stark erhöht werden. Allgemein ausgedrückt, führt das in GB 1 301 101 beschriebene Verfahren zu faserartiger Aktivkohle mit Poren im Mikroporenbereich (0 bis 2 nm weit), sogar nach längerer Pyrolyse.
GB 2 164 327 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer faserartigen Aktivkohle mit folgenden Stufen: Karbonisieren und Aktivieren von Cellulose-Faser bei Temperaturen zwischen 2000 und 1000º C in einer inerten Atmosphäre, wobei die Faser vor der Aktivierung mit einem Imprägnierungsmaterial imprägniert wird, das in Form einer oder mehrerer Verbindungen Bor und mindestens ein Alkalimetall enthält. Dieses Verfahren führt zu Aktivkohle, die einen anderen Bereich größerer Poren zusätzlich zu denen aufweist, die mit dem in GB 1 301 101 beschriebenen Verfahren erhalten werden. Typischerweise ergibt das Verfahren gemäß GB 2 164 327 Aktivkohlen, bei denen von 15 bis 50 % ihres Gesamtporenvolumens durch Mesoporen dargestellt sind. Mesoporen sind von der IUPAC definiert als Poren, in denen die Kapillarkondensation unter Bildung eines Meniskus von flüssigem Kondensat stattfinden kann. Sie haben eine wirksame Weite von etwa 2 bis 50 nm und ihre Anwesenheit in Aktivkohle kann durch Analyse der Adsorptionstherme der Aktivkohle nachgewiesen werden, wie von Sing beschrieben (Pure and Appl. Chem., 57, Seiten 603-619, 1985).
Es wurde nun festgestellt, daß mesoporöse Aktivkohle eine Eigenschaft hat, die sie besonders geeigent für die Verwendung in Wundverbänden macht. Obwohl die Mesoporen nicht groß genug sind, um Bakterien zu fassen, wurde festgestellt, daß mesoporöse Aktivkohle große Moleküle, wie Proteine, adsorbiert. Insbesondere, und sehr bemerkenswert, adsorbiert sie bakterielle Toxine, sogar in Gegenwart eines riesigen Überschusses an Blutserum-Proteinen, wie sie in Wundexsudaten erwartet werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wundverband zur Verfügung gestellt, der eine Aktivekohle-Schicht umfaßt, in der mindestens 10 % des Porenvolumens der Aktivkohle durch Mesoporen dargestellt sind. Vorzugsweise beträgt der Mesoporen-Gehalt von 25 bis 90 % des Gesamtporenvolumens und insbesondere von 30 bis 85 %.
Vorzugsweise liegt die Aktivkohle in Form einer Faserbahn vor. Faserartige Aktivkohle kann aus natürlicher Cellulose (wie Baumwolle) oder aus regenerierter Cellulose (wie Zellwolle und Kupferkunstseide) gebildet werden. Der Durchmesser der Cellulose beträgt im allgemeinen von 2 bis 100 um und vorzugsweise von 5 bis 20 um. Die Aktivkohle-Faser liegt im allgemeinen im erfindungsgemäßen Wundverband in Form eines Filzes oder nicht gewebten oder gewebten Tuchs oder Stoffs vor.
Das Aktivkohle-Material kann nach dem in GB 2 164 327 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Alternativ jedoch wird die Aktivkohle hergestellt durch Imprägnieren eines faserartigen Cellulose-Materials mit einem flüssigen Medium, das Phosphat, ein Alkalimetall und mindestens eine Lewis-Säure enthält, dann durch Karbonisieren und Aktivieren des imprägnierten Fasermaterials durch Erhitzen in einer geeigneten Atmosphäre. Nach diesem Verfahren hergestellte Aktivkohle hat mehrere Vorteile gegenüber dem mesoporösen, gemäß dem Verfahren von GB 2 164 327 hergestellten Kohlenstoff-Tuch, einschlielich eines höheren Mesoporenvolumens und einer größeren physikalischen Festigkeit. Diese Kombination von Eigenschaften ist überraschend in Anbetracht der Tatsache, daß ein höherer Grad an Mesoporosität im allgemeinen mit einer niedrigeren physikalischen Festigkeit verbunden ist.
Das in diesem bevorzugten Verfahren verwendete flüssige Medium ist vorzugsweise eine wäßrige Lösung. Das Phosphat kann zweckmäßigerweise in Form von Phosphorsäure oder als Phosphatsalz, Hydrogendiphosphatsalz oder Dihydrogenphosphatsalz eines geeigneten Metalls, beispielsweise eines Alkalimetalls, zur Verfüngung gestellt werden. Die Imprägnierlösung enthält vorzugsweise von 1 bis 10 % (Gewicht/Volumen) eines Alkalimetallsalzes und von 1 bis 10 % (Gewicht/Volumen) Phosphorsäure oder Phosphatsalz und noch bevorzugter von 1,5 bis 6 % (Gewicht/Volumen), beispielsweise von 2 bis 4% (Gewicht/Volumen).
Die Menge an auf die Faser aufgebrachtem Phosphor beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugter von 0,1 bis 5%, beispielsweise von 0,5 bis 2 Gew.-%.
Wird die Lewis-Säure, die ein Zink-, Aluminium-, Calcium-, Magnesium- oder Eisenhalogenid ist, aus einer Lösung eingebracht, so hat die Lösung normalerweise eine Konzentration von 1 bis 30 % (Gewicht/Volumen). Besonders bevorzugt wird ein Gemisch von Lewis-Säuren verwendet, deren Gesamtkonzentration von 2 bis 10 % (Gewicht/Volumen) beträgt. Zum Beispiel kann die Imprägnierlösung ein Gemisch von Aluminiumchlorid und Zinkchlorid enthalten.
Gegebenenfalls können andere Salze, wie Ammoniumhalogenide und Alkalimetallhalogenide eingebracht werden, vorzugsweise in Mengen von 0 bis 5 % (Gewicht/Volumen).
Es wurde festgestellt, daß besonders wünschenswerte Ergebnisse erhalten werden, wenn die Imprägnierlösung ein Gemisch von Phosphat, Aluminiumchlorid, Zinkchlorid und Ammoniumchlorid enthält, wobei jedes in einer Konzentration von 1,5 bis 6 % (Gewicht/Volumen) und noch bevorzugter von 2 bis 4 % (Gewicht/Volumen) vorhanden ist.
Nach dem Imprägnieren wird das faserartige Kohlehydrat- Material getrocknet und dann vorzugsweise gebogen, um zumindest den Hauptteil der bei der Berührung mit der Lewis- Säure verlorengegangenen Elastizität wieder herzustellen.
Die Faser wird vorzugsweise karbonisiert bei einer Temperatur zwischen 200º und 600º C im Vakuum oder in einer Atmosphäre, die bei der angewandten Temperatur inert ist. Eine geeignete Atmosphäre enthält im allgemeinen relativ inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Argon, Wasserstoff, Verbrennungsgase aus Kohlenwasserstoff-Brennstoffen, Wasserdampf oder Gemische von zwei oder mehreren dieser Gase.
Die Aktivierung der karbonisierten Faser erfolgt durch Erhitzen bei einer Temperatur zwischen 450º und 1000º C und vorzugsweise zwischen 600º und 850º C in Gegenwart eines Stroms von aktivierendem Gas, bis die gewünschte Porosität (Aktivität) erreicht ist. Das aktivierende Gas ist vorzugsweise Wasserdampf oder Kohlendioxid. Die Aktivierung wird vorzugsweise von 1 bis 200, bevorzugter von 15 bis 105 und am bevorzugtesten von 60 bis 90 Minuten lang durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Aktivkohle-Material teilweise mit einem antimikrobiellen Mittel, wie Silber, imprägniert. Vorzugsweise wird die Aktivkohle mit Silber imprägniert durch Einbringen eines Silbersalzes in die Imprägnierlösung vor der Karbonisierungsstufe. Beispielsweise kann Silber als Silbernitrat zugegeben werden, wobei ein Komplexbildner, wie Ammoniak oder Natriumthiosulfat, auch zugegeben wird, um die Ausfällung von unlöslichen Silbersalzen zu verhindern.
Der Wundverband gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeigneterweise die Aktivkohle-Schicht zwischen zwei Außenschichten aus gewebtem oder nicht gewebtem Stoff enthalten. Die beiden Außenschichten können gleich oder verschieden sein, jedoch haftet die Schicht, die bei der Verwendung die Wunde berührt, vorzugsweise nicht an Wunden. Spinnvliesmatten aus Nylon mit einem Gewicht zwischen 10 und 50 g/m² sind besonders geeignet als Außenschichten, und derartige Matten mit einem Gewicht von 20 bis 40 g/m² (z.B. 25 g/m²) sind besonders bevorzugt.
Der Verband wird sterilisiert (beispielsweise mit Stickoxid oder durch Bestrahlung) und ist in einer bakterienfesten Verpackung enthalten.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Eine Probe eines Zellwolltuchs wurde imprägniert durch Eintauchen während 0,5 Minuten in eine wäßrige Lösung mit der folgenden Zusammensetzung:
Natriumdihydrogenphosphat 3 % (Gewicht/Volumen)
Aluminiumchlorid 3 % (Gewicht/Volumen)
Ammoniumchlorid 3 % (Gewicht/Volumen)
Zinkchlorid 3 % (Gewicht/Volumen)
Die überschüssige Imprägnierlösung wurde dann mit einem Löschpapier entfernt, und der Stoff wurde in einem Ofen bei 55º C getrocknet. Die Probe wurde dann karbonisiert durch Erhitzen in einer Stickstoff-Atmosphäre mit Steigerungsgeschwindigkeiten von 10º C je Minute von Raumtemperatur bis 600º C und 2º C je Minute von 600º bis 800º C. Der Ofen wurde dann bei einer Temperatur von 800º C während 75 Minuten unter einer Kohlendioxid-Atmosphäre gehalten, um den karbonisierten Stoff zu aktivieren.
Es wurde festgestellt, daß in dem entstandenen Produkt 80 % des Porenvolumens durch Mesoporen dargestellt sind. Die Elektronenmikroskopie zeigte, daß diese Mesoporen eine regelmäßige Form mit im allgemeinen parallelen Seiten haben.

Beispiel 2

Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß die Imprägnierlösung die folgende Zusammensetzung hatte:
Phosphorsäure 3 % (Gewicht/Volumen)
Natriumchlorid 1 % (Gewicht/Volumen)
Aluminiumchlorid 3 % (Gewicht/Volumen)
Ammoniumchlorid 3 % (Gewicht/Volumen)
Zinkchlorid 3 % (Gewicht/Volumen)
Es wurde festgestellt, daß in dem entstandenen Produkt 30 % des Porenvolumens durch Mesoporen dargestellt sind, die eine regelmäßige Form mit im allgemeinen parallelen Seiten haben.

Beispiele 3 und 4

In diesen Beispielen wird das in Beispiel 1 hergestellte mesoporöse Kohlenstoff-Tuch auf seine Fähigkeit untersucht, Proteine mit relativ niedrigen und mittleren Molekulargewichten zu adsorbieren. Anstelle von Bakterien-Toxinen wurden Cytochrom C-Proteine (Mol.-Gew. 12 500) und Rinderserum-Albumin (Mol.-Gew. 66 000) verwendet, da sie eine ähnliche Größe wie viele Bakterien-Toxine haben, jedoch viel leichter erhältlich und viel sicherer zu handhaben sind.
Proben des Tuchs (0,01 g) wurden in Polystyrol-Fläschchen mit einem Fassungsvermögen von 0,7 ml eingebracht und Proben (1 ml) einer mit Phosphat gepufferten Salzlösung, die mit ¹²&sup5;I markiertes Cytochrom C enthielt, wurden jedem Fläschchen zugegeben. Die Proben wurden in einem Inkubator bei einer Temperatur von 26,5º C über Nach leicht geschüttelt. Die Tuchproben wurden dann entfernt, mit mit Phosphat gepufferter Salzlösung gewaschen, und die Menge an auf den Proben vorhandener Radioaktivität wurde mit einem Gammazähler bestimmt. Die spezifische Aktivität der Cytochrom C- Anfangslösung war bekannt, und deshalb konnte die an das Tuch gebundene Proteinmenge bestimmt und als Molzahl adsorbierten Proteins je Gramm des Tuchs angegeben werden.
Dieses Verfahren wurde mit Cytochrom C-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen wiederholt und doppelt durchgeführt.
Der gesamte Versuch wurde mit Rinderserum-Albumin anstelle des Cytochroms C wiederholt.
Beide Proteine wurden mit ¹²&sup5;I in einem Standardverfahren radiomarkiert, bei dem eine Lösung des Proteins mit radioaktivem Jod und Chloramin-T vermischt und reagieren gelassen wurde, überschüssiges Jod durch Zugabe von Tyrosin entfernt wurde und die Produkte mit Hilfe einer Gelfiltrations-Säule getrennt wurden.
Die Ergebnisse sind in Fig. 1 und 2 dargestellt, zusammen mit den Ergebnissen zweier Kontrollversuche unter Verwendung des mesoporösen Kohlenstoff-Tuchs, das gemäß dem GB- Patent 1 301 101 hergestellt worden ist. Im ersten dieser Kontrollversuche war das verwendete Kohlenstoff-Tuch dasjenige, das gewerblich in Wundverbänden unter der Handelsbezeichnung ACTISORB verwendet worden ist. In dem zweiten Versuch wurde das Kohlenstoff-Tuch mit einer geringen Menge an Silber imprägniert.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, können die erfindungsgemäßen mesoporösen Kohlenstoff-Tuche viel größere Mengen an Proteinen adsorbieren als die bekannten mikroporösen Tuche. Die Wirkung ist besonders bei höheren Protein-Konzentrationen feststellbar, wie z.B. bei jenen, deren Auftreten man in Wundexsudaten erwarten würde. Wie aus Fig. 1 und 2 leicht entnehmbar ist, adsorbieren die mesoporösen Kohlenstoff-Tuche tatsächlich praktisch 100 % des Proteins in der Lösung, sogar bei relativ hohen Anfangskonzentrationen an Protein.

Beispiel 5

Eine Probe eines Zellwolltuchs wurde durch Eintauchen während 0,5 Minuten in eine wäßrige Lösung mit folgender Zusammensetzung imprägniert:
Borsäure 3 % (Gewicht/Volumen)
Natriumchlorid 0,5 % (Gewicht/Volumen)
Die überschüssige Imprägnierlösung wurde dann mit einem Löschpapier entfernt, und der Stoff wurde in einem Ofen bei 55º C getrocknet. Die Probe wurde dann durch Erhitzen in einer Stickstoff-Atmosphäre mit Steigerungsgeschwindigkeiten von 10º C je Minute von Raumtemperatur bis 850º C karbonisiert. Der Ofen wurde dann bei einer Temperatur von 850º C während 60 Minuten unter einer Kohlendioxid-Atmosphäre gehalten, um den karbonisierten Stoff zu aktivieren.
Es wurde festgestellt, daß in dem entstandenen Produkt 25% des Porenvolumens durch Mesoporen dargestellt sind.

Claims

1. Wundverband, eine Aktivkohle-Schicht umfassend, in der mindestens 10 % des Porenvolumens der Aktivkohle durch Mesoporen dargestellt sind, wobei der genannte Verband steril und in einem bakterienfesten Umschlag enthalten ist.

2. Wundverband nach Anspruch 1, bei dem der Mesoporen- Gehalt von 25 bis 90 % des Gesamtporenvolumens der Aktivkohle beträgt.

3. Wundverband nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Aktivkohle in Form einer Faserbahn vorliegt.

4. Wundverband nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Aktivkohle mit einem antimikrobiellen Mittel imprägniert ist.

5. Wundverband nach Anspruch 4, bei dem das antimikrobielle Mittel Silber ist.

6. Aktivkohle zur Verwendung in der Wundbehandlung, wobei mindestens 10 % des Porenvolumens der Kohle durch Mesoporen dargestellt sind.

7. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle mit Mesoporen zur Verwendung in einem Wundverband, umfassend das Imprägnieren eines Cellulose-Fasermaterials mit einem flüssigen Medium, das Phosphat und ein Alkalimetall enthält, und anschließend das Carbonisieren und Aktivieren des imprägnierten Fasermaterials durch Erhitzen in einer geeigneten Atmosphäre.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Imprägniermedium auch ein oder mehrere Zink-, Aluminium-, Calcium-, Magnesium- oder Eisen-Halogenid(e) enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Imprägniermedium auch ein Ammoniumsalz enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Imprägniermedium auch ein antimikrobielles Mittel enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das anti-mikrobielle Mittel Silber ist.