RU2487701C2 - Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres - Google Patents
Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487701C2 RU2487701C2 RU2011131959/15A RU2011131959A RU2487701C2 RU 2487701 C2 RU2487701 C2 RU 2487701C2 RU 2011131959/15 A RU2011131959/15 A RU 2011131959/15A RU 2011131959 A RU2011131959 A RU 2011131959A RU 2487701 C2 RU2487701 C2 RU 2487701C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chitosan
- solution
- mixture
- polymer
- producing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области применения - в биомедицине и здравоохранении для изготовления гемостатических, в частности, перевязочных, раневых повязок и/или хирургических и клинических одноразовых расходных материалов, в биоинженерии и трансплантологии для изготовления или временного замещения тканей живого организма, а также, в частности, в технологии нетканых материалов для получения экологически безопасных и биологически совместимых материалов.The invention relates to the field of application - in biomedicine and healthcare for the manufacture of hemostatic, in particular dressings, wound dressings and / or surgical and clinical disposable supplies, in bioengineering and transplantology for the manufacture or temporary replacement of tissues of a living organism, and, in particular, in the technology of nonwoven materials for environmentally friendly and biocompatible materials.
Назначением раствора является получение такого прядильного раствора, который может быть использован, наряду с традиционными методами формования, в процессе изготовления нетканых материалов методом электропрядения.The purpose of the solution is to obtain such a spinning solution, which can be used, along with traditional molding methods, in the manufacturing process of non-woven materials by electrospinning.
Назначением материала, получаемого из этого раствора является - получение и использование материала с высокими показателями по биологической совместимости, низкой токсичности, гидрофильности и/или гидрофобности, адгезии, развитой удельной поверхности, пористости, воздухопроницаемости, возможности доставки биологически активных веществ в ткани организма.The purpose of the material obtained from this solution is to obtain and use a material with high rates of biocompatibility, low toxicity, hydrophilicity and / or hydrophobicity, adhesion, developed specific surface area, porosity, air permeability, and the possibility of delivering biologically active substances to body tissues.
Медицинское изделие реализовано из предлагаемого материала, полученного из указанного раствора, и ее (изделие) получение позволяет изготовить такую многослойную повязку, которая будет обеспечивать вышеперечисленные свойства материала, а также позволит проявляться этим свойствам в наиболее благоприятном для больного сочетании.A medical product is realized from the proposed material obtained from the indicated solution, and its (product) preparation allows producing such a multilayer dressing that will provide the above properties of the material, and will also allow these properties to manifest themselves in the combination most favorable for the patient.
Известно изобретение «Способ получения хитозанового волокна», заявка RU 2009112743, опубл. 20.10.2010, МПК C08B 37/08, в котором растворяют хитозан в водных растворах уксусной или другой органической кислоты с соотношением, которое обеспечивает течение раствора как ньютоновское. Изобретение обеспечивает формование волокон по мокрому (коагуляционному) или сухо-мокрому способу (получение волокон типа «ядро-оболочка»), однако не позволяет использовать метод электроформования, с последующим получением нетканых материалов, состоящих из нановолокон хитозана.The invention is known "Method for producing chitosan fiber", application RU 2009112743, publ. 10/20/2010, IPC C08B 37/08, in which chitosan is dissolved in aqueous solutions of acetic or other organic acid with a ratio that ensures the flow of the solution as Newtonian. The invention provides the formation of fibers in the wet (coagulation) or dry-wet method (obtaining fibers of the "core-shell" type), but does not allow the use of the method of electrospinning, with the subsequent production of non-woven materials consisting of chitosan nanofibers.
Известно изобретение «Способ получения водорастворимых производных хитозана», патент RU 2263681, опубл. 10.11.2005, МПК C08B 37/08 в котором обработку хитозана ведут кислой средой до его набухания, и в качестве одноосновной кислоты выбирают уксусную кислоту, а обработку ведут до степени поглощения паров уксусной кислоты хитозаном не менее (180±5) масс.%. Однако назначением такой обработки хитозана является получение фильтров для очистки воды.The invention is known "Method for producing water-soluble derivatives of chitosan", patent RU 2263681, publ. 11/10/2005, IPC C08B 37/08 in which the treatment of chitosan is carried out with an acidic medium until it swells, and acetic acid is selected as the monobasic acid, and the treatment is carried out to a degree of absorption of acetic acid vapor by chitosan of at least (180 ± 5) wt.%. However, the purpose of this treatment of chitosan is to obtain filters for water treatment.
Известно изобретение «Термореактивная нейтрализованная композиция хитозана, образующая гидрогель, ее лиофилизат и способы получения», заявка RU 2008130389, опубл. 27.01.2010, МПК A61K 9/00, A61K 9/19, которая включает в пересчете на общую массу композиции, 0,1-5,0% деацетилированного хитозана с молекулярной массой не менее 100 кДа и степенью деацетилирования от 40 до 70%, нейтрализованный гидроксилированным основанием. Полученный гель, так же как и пленка, не может быть применен при глубоких ожоговых ранах III-А и III-Б степеней по причине быстрой биодеградации в раневой среде и требует частых повторных обработок и дополнительной обработки гнойной раны растворами антисептиков.The invention is known "Thermosetting neutralized composition of chitosan forming a hydrogel, its lyophilisate and methods of production", application RU 2008130389, publ. 01/27/2010, IPC A61K 9/00, A61K 9/19, which includes, in terms of the total weight of the composition, 0.1-5.0% of deacetylated chitosan with a molecular weight of at least 100 kDa and a degree of deacetylation of 40 to 70%, neutralized with hydroxylated base. The resulting gel, like the film, cannot be used for deep burn wounds of III-A and III-B degrees due to rapid biodegradation in the wound medium and requires frequent repeated treatments and additional treatment of the purulent wound with antiseptic solutions.
Известно изобретение «Пэг-илированные наночастицы», патент RU 2400215, опубл. 27.09.10, МПК A61K 9/51, A61K 38/00, который включает биологически разлагаемый полимер и полиэтиленгликоль или его производные, в частности, сополимер имеет молекулярную массу в диапазоне от 100 до 2400 кДа, предпочтительнее от 200 до 2000 кДа, особенно предпочтительно от 180 до 250 кДа, или полиэтиленгликоль или его производные имеют молекулярную массу от 400 до 35000 Да. Изобретение позволяет получить наночастицы с улучшенными физико-химическими свойствами, выступая как носители лекарственных средств обладают устойчивостью и специфичностью при оральном введении, имеют хорошие биоадгезивные характеристики при взаимодействии со слизистыми оболочками. Однако такие гели не могут быть использованы в технологии электроформования.The invention is known "pegylated nanoparticles", patent RU 2400215, publ. 09/27/10, IPC A61K 9/51, A61K 38/00, which includes a biodegradable polymer and polyethylene glycol or its derivatives, in particular, the copolymer has a molecular weight in the range from 100 to 2400 kDa, more preferably from 200 to 2000 kDa, particularly preferably from 180 to 250 kDa, or polyethylene glycol or its derivatives have a molecular weight of from 400 to 35,000 Da. The invention allows to obtain nanoparticles with improved physicochemical properties, acting as drug carriers, are stable and specific for oral administration, have good bioadhesive characteristics when interacting with mucous membranes. However, such gels cannot be used in electroforming technology.
Наиболее близким аналогом принято известное изобретение «Способ получения хитозансодержащих нитей», патент RU 2408746, опубл. 10.01.2011, МПК D01F 8/00, D01F 8/02, D01F 8/04, A61L 17/00, A61L 15/32, D01F 4/00, в котором приготовление раствора хитозана осуществляют в уксусной кислоте, для чего хитозан предварительно подвергают набуханию в воде и затем при перемешивании добавляют концентрированную уксусную кислоту. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс растворения хитозана, обеспечить большую гомогенность и уменьшение вязкости 6-8%-ного формовочного раствора хитозана (~15 Па·с), а также ускорить процесс испарения растворителя, при этом повышая стабильность формования и исключая возможное слипания нитей и образования дефектов.The closest analogue is the well-known invention "Method for producing chitosan-containing threads", patent RU 2408746, publ. 01/10/2011, IPC D01F 8/00, D01F 8/02, D01F 8/04, A61L 17/00, A61L 15/32, D01F 4/00, in which the preparation of a solution of chitosan is carried out in acetic acid, for which chitosan is previously subjected swelling in water and then concentrated acetic acid is added with stirring. The invention allows to intensify the process of dissolution of chitosan, to provide greater homogeneity and a decrease in viscosity of a 6-8% molding solution of chitosan (~ 15 Pa · s), and also to accelerate the process of evaporation of the solvent, while increasing the stability of the molding and eliminating the possible adhesion of threads and the formation of defects .
Однако такой процесс растворения полимера с последующим получением коагуляционным способом волокон типа «ядро-оболочка» многостадиен и трудоемок, также существует необходимость соблюдения температурного режима и использования разных буферных систем и органических реагентов, что удлиняет и усложняет технологический процесс.However, such a process of polymer dissolution followed by coagulation production of core-shell fibers is multistage and time-consuming, there is also a need to observe the temperature regime and use different buffer systems and organic reagents, which lengthens and complicates the process.
Данный способ не позволяет получить прядильный раствор с необходимыми реологическими свойствами и физико-химическими характеристиками для получения нетканых материалов на основе хитозана методом электропрядения, а также других композиций фармацевтического назначения. Материал, полученный по такому способу, не обладает широкой областью использования, а именно достаточной эффективностью при остановке кровотечения (гемостаз) и одновременно при стимулировании репаративных процессов, протекающих в ранах.This method does not allow to obtain a spinning solution with the necessary rheological properties and physico-chemical characteristics for the production of non-woven materials based on chitosan by electrospinning, as well as other pharmaceutical compositions. The material obtained by this method does not have a wide area of use, namely, sufficient effectiveness in stopping bleeding (hemostasis) and at the same time in stimulating reparative processes in wounds.
Процессы получения полимерных волокон включают три основные стадии: перевод формуемого материала в вязкотекучее состояние, формование волокон и их отверждение. Способность полимеров к волокнообразованию определяется вязкотекучим состоянием и характеризуется определенными значениями вязкости и поверхностного натяжения, согласованными между собой. Способность к волокнообразованию проявляют растворы или расплавы полимеров. При разных методах формования волокон значения вязкости и поверхностного натяжения зависят от природы и физико-химических свойств полимера.The processes for producing polymer fibers include three main stages: the transfer of the formed material into a viscous flow state, the formation of fibers and their curing. The ability of polymers to fiber formation is determined by the viscous flow state and is characterized by certain values of viscosity and surface tension, consistent with each other. The ability to fiber formation show polymer solutions or melts. With different methods of forming fibers, the viscosity and surface tension values depend on the nature and physicochemical properties of the polymer.
Переработка хитозана в формованные изделия через расплавы невозможна, поскольку при нагревании ниже температуры плавления наблюдается термодеструкция полимера, поэтому для получения формованных изделий из хитозана используют его переработку через растворение с последующей регенерацией.The processing of chitosan into molded products through melts is impossible, since when heated below the melting temperature, polymer thermal degradation is observed, therefore, to obtain molded products from chitosan, its processing through dissolution with subsequent regeneration is used.
Растворимость хитозана обусловлена наличием основной аминогруппы, которая протонируется в сильнокислой среде, что приводит к разрыву соответствующих водородных связей в надмолекулярной структуре хитозана. Хитозан растворяется в разбавленных растворах органических и неорганических кислот: муравьиной, уксусной, пропионовой, молочной, лимонной, соляной и некоторых других. Хитозан не растворим в многовалентных неорганических кислотах, как, например, в серной кислоте и фосфорной кислоте, а также практически во многих органических растворителях.The solubility of chitosan is due to the presence of a basic amino group, which is protonated in a strongly acidic medium, which leads to the breaking of the corresponding hydrogen bonds in the supramolecular structure of chitosan. Chitosan is soluble in dilute solutions of organic and inorganic acids: formic, acetic, propionic, lactic, citric, hydrochloric and some others. Chitosan is insoluble in multivalent inorganic acids, such as, for example, sulfuric acid and phosphoric acid, as well as in almost many organic solvents.
Полимерные волокна можно изготовить при помощи метода электроформования. Электроформование (электропрядение, электроспиннинг) - это процесс получения нановолокон произвольной длины из полимерных растворов или расплавов полимеров. Во время этого процесса используется электрическое поле, которое позволяет перемещать заряженный полимерный расплав или раствор от дозатора к коллектору. В результате такого перемещения происходит полное испарение растворителя, с последующим формированием нановолокон. На сегодняшний день при помощи электроформования возможно производить волокна диаметром от 1,5 нанометров до нескольких микрон более чем из 200 различных полимеров.Polymer fibers can be made using the electrospin method. Electroforming (electrospinning, electrospinning) is the process of producing nanofibers of arbitrary length from polymer solutions or polymer melts. During this process, an electric field is used that allows the charged polymer melt or solution to be moved from the dispenser to the collector. As a result of this movement, complete evaporation of the solvent occurs, followed by the formation of nanofibers. Today, using electroforming, it is possible to produce fibers with diameters from 1.5 nanometers to several microns from more than 200 different polymers.
Получение полимерных нановолокон методом электропрядения зависит от множества параметров, из которых также можно выделить три основных: свойства раствора полимера, условия проведения процесса ЭФ и влияние окружающей среды на процесс ЭФ.The production of polymer nanofibers by electrospinning depends on many parameters, of which three main ones can also be distinguished: the properties of the polymer solution, the conditions of the EF process, and the environmental impact on the EF process.
Физико-химические свойства растворов полимеров, такие как вязкость, электропроводность, молекулярная масса и поверхностное натяжение; условия проведения процесса ЭФ-напряжение электрического поля, расстояние между электродами, скорость подачи раствора, каждый из этих параметров оказывает существенное влияние на морфологию формуемых нановолокон, соответственно, варьируя все эти параметры можно получить нановолокна с равномерной морфологией и средним диаметром.Physico-chemical properties of polymer solutions, such as viscosity, electrical conductivity, molecular weight and surface tension; process conditions EF-voltage of the electric field, distance between the electrodes, the feed rate of the solution, each of these parameters has a significant effect on the morphology of the formed nanofibers, respectively, by varying all these parameters it is possible to obtain nanofibers with uniform morphology and average diameter.
Таким образом, предлагаемый способ получения раствора хитозана, позволяет получить следующий технический результат:Thus, the proposed method for producing a solution of chitosan, allows to obtain the following technical result:
- достижение более тонкого по диаметру хитозанового волокна в нанометровом диапазоне;- achieving a finer diameter chitosan fiber in the nanometer range;
- получение однородных волокон по диаметру,- obtaining homogeneous fibers in diameter,
- уменьшение стоимости получения композиционных нетканых материалов;- reducing the cost of obtaining composite non-woven materials;
- а также получить из него материал:- and also get material from it:
- с возможностью регулирования степени набухания (путем дополнительных обработок с целью снижения растворимости);- with the ability to control the degree of swelling (by additional treatments to reduce solubility);
- с повышенной биологической активностью и биосовместимостью;- with increased biological activity and biocompatibility;
- с гемостатическим и бактериостатическим эффектом;- with hemostatic and bacteriostatic effect;
- с повышенной сорбционной способностью;- with increased sorption ability;
- с газо и влагопроницаемостью (за счет пористой структуры);- with gas and moisture permeability (due to the porous structure);
- с высокими противоадгезивными свойствами;- with high release properties;
- также раствор позволяет обеспечить непрерывность процесса электроформования.- also the solution allows to ensure the continuity of the electroforming process.
Установление определенных показателей вязкости в основном возможно только с помощью варьирования концентрации хитозана в растворе. Желательными являются низкие значения вязкости при сравнительно высокой концентрации хитозана.The determination of certain viscosity indices is mainly possible only by varying the concentration of chitosan in solution. Low viscosity values with a relatively high chitosan concentration are desirable.
Таким образом, уникальный комплекс нативных свойств хитозана: биосовместимость, биоразлагаемость, чрезвычайно малая токсичность, возможность широкого применения хитозана в биотехнологии и медицине - позволяют отнести его к перспективным экологически безопасным полимерам для получения новых биоматериалов.Thus, the unique complex of native properties of chitosan: biocompatibility, biodegradability, extremely low toxicity, the possibility of widespread use of chitosan in biotechnology and medicine - allow us to attribute it to promising environmentally friendly polymers for new biomaterials.
Расширению областей и эффективности применения материалов на основе хитозана способствует возможность их модификации, в том числе путем смешения с другими полимерами, что и обеспечивает предлагаемый раствор.The expansion of areas and the effectiveness of the use of materials based on chitosan is facilitated by the possibility of their modification, including by mixing with other polymers, which provides the proposed solution.
Заявленный технический результат обеспечен получением композиции веществ в виде следующего раствора.The claimed technical result is provided by obtaining a composition of substances in the form of the following solution.
Раствор для получения материала на основе хитозана, включает водный раствор, водорастворимого полимера, являющегося пластификатором или смеси водорастворимых полимеров, являющихся пластификатором и поверхностно-активным веществом (ПАВ), водный раствор органической кислоты или смеси органических кислот, являющихся общим растворителем и состоящий из: биополимера - хитозана, пластификатора и общего растворителя. Предложенный раствор отличается тем, что получен вязкотекучий раствор с вязкостью от 1,4 Па·с до 3,0 Па·с, электропроводностью от 1,4 мСм/см до 2,45 мСм/см и поверхностным натяжением от 31 мН/м до 36 мН/м, для чего получают раствор в соотношении следующих компонентов от общего количества раствора, масс.%:A solution for producing a material based on chitosan includes an aqueous solution, a water-soluble polymer, which is a plasticizer or a mixture of water-soluble polymers, which are a plasticizer and a surface-active substance (surfactant), an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids, which is a common solvent and consisting of: a biopolymer - chitosan, a plasticizer and a common solvent. The proposed solution is characterized in that a viscous fluid solution is obtained with a viscosity of 1.4 Pa · s to 3.0 Pa · s, an electrical conductivity of 1.4 mS / cm to 2.45 mS / cm and a surface tension of 31 mN / m to 36 mN / m, for which a solution is obtained in the ratio of the following components to the total amount of the solution, wt.%:
- сухой хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80%: 4-8 по сухому веществу;- dry chitosan with a degree of deacetylation - at least 80%: 4-8 on a dry matter basis;
- водный раствор полимера или смеси полимеров: 1-10 по сухому веществу;- an aqueous solution of a polymer or a mixture of polymers: 1-10 on a dry matter basis;
- водный раствор органической кислоты или смеси органических кислот в концентрации 50-80% - остальное. В предложенном растворе в качестве растворителя может быть взята - уксусная кислота (УК) с концентрацией 65-75%, а в качестве пластификатора взят полиэтиленоксид (ПЭО) с молекулярной массой (ММ) 400-1200 кДа в соотношении следующих компонентов, масс %: в частности, берут сухой хитозан со степенью деацетилирования не менее 80% - 4-8 по сухому веществу; ПЭО - 1-10 по сухому веществу и водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 70% УК - остальное. В предложенном растворе в качестве растворителя взята уксусная кислота (УК) концентрацией 65-75%, а в качестве пластификатора - поливинилгшрролидон (ПВП) с молекулярной массой 35-40 кДа, в соотношении компонентов, масс.%:- an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids in a concentration of 50-80% - the rest. In the proposed solution, acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% can be taken as a solvent, and polyethylene oxide (PEO) with a molecular weight (MM) of 400-1200 kDa in the ratio of the following components, mass%: taken as a plasticizer in particular, dry chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on dry matter is taken; PEO - 1-10 on dry matter and an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids at a concentration of 70% of the UK - the rest. In the proposed solution, acetic acid (AC) with a concentration of 65-75% was taken as a solvent, and polyvinylgrshrolidone (PVP) with a molecular weight of 35-40 kDa, in the ratio of components, wt.%:
- хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80% - 4-8 по сухому веществу,- chitosan with a degree of deacetylation - not less than 80% - 4-8 on a dry matter basis,
- ПВП - 5-10 по сухому веществу,- PVP - 5-10 on a dry matter basis,
- водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 65-75% УК - остальное.- an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids in a concentration of 65-75% of the criminal code - the rest.
Также в частном случае может быть в качестве общего растворителя взята - уксусная кислота (УК) концентрацией 65-75%, в качестве пластификатора взят ПЭО в смеси с поверхностно - активным веществом (ПАВ) в следующих соотношениях компонентов, масс.%:Also, in the particular case, acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% can be taken as a common solvent, PEO in a mixture with a surfactant in the following ratios of components, wt.%:
- хитозан со степенью деацетилирования не менее 80% - 4-8 по сухому веществу,- chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on a dry matter basis,
- ПЭО - 1-10 по сухому веществу,- PEO - 1-10 on a dry matter basis,
- ПАВ - не более 0,2 по сухому веществу,- surfactant - not more than 0.2 dry matter,
- водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 65 - 75% УК - остальное.- an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids in a concentration of 65 - 75% of the criminal code - the rest.
В частном случае, также может быть взята в качестве общего растворителя - уксусная кислота (УК) концентрацией 65-75%, в качестве пластификатора взята ПВП в смеси с поверхностно - активным веществом (ПАВ) в следующих соотношениях компонентов, масс.%:In the particular case, acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% can also be taken as a common solvent, PVP mixed with a surfactant in the following component ratios, wt.%:
- хитозан со степенью деацетилирования не менее 80% - 4-8 по сухому веществу,- chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on a dry matter basis,
- ПВП - 5-10 по сухому веществу,- PVP - 5-10 on a dry matter basis,
- ПАВ - не более 0,2 по сухому веществу,- surfactant - not more than 0.2 dry matter,
- водный раствор уксусной кислоты УК 65-75% - остальное.- an aqueous solution of acetic acid UK 65-75% - the rest.
Также может быть в частном случае взята в качестве общего растворителя - смесь растворителей из уксусной кислоты (УК) концентрацией 65-75% и сорастворителя - этилового спирта (ЭС) например EtOH концентрацией 10%, в соотношении сорастворителя от общего количества раствора, масс.%, не более от 1 до 10. Большее содержание ЭС ухудшает термодинамическое качество растворителя, и полимер выпадает в осадок. Его добавляют с целью интенсификации испарения основного растворителя (УК) в процессе электроформования.It can also be taken in the particular case as a common solvent - a mixture of solvents from acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% and a co-solvent - ethyl alcohol (ES) for example EtOH with a concentration of 10%, in the ratio of co-solvent to the total amount of solution, wt.% , no more than from 1 to 10. A higher content of ES impairs the thermodynamic quality of the solvent, and the polymer precipitates. It is added in order to intensify the evaporation of the basic solvent (UK) in the process of electrospinning.
В раствор может быть добавлен в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) - 4-(1,1,3,3-тетраметилбутил) фенил-полиэтиленгликоль (коммерческое название Triton X 100).4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) phenyl-polyethylene glycol (commercial name Triton X 100) may be added to the solution as a surfactant.
Кроме того, в частности, для приготовления разбавленных растворов кислот берут деионизированную воду, для снижения ионной силы готового раствора. При этом может быть взят хитозан с молекулярной массой 30 кДа - 220 кДа, который получают из креветок и/или крабов. Также как частный случай раствор могут готовить при перемешивании лопастной мешалкой (600-800 об/мин) при комнатной температуре в закрытом реакторе или при перемешивании магнитной мешалкой в закрытой емкости. Так на скорость растворения полимеров влияет дополнительная обработка растворов: ультразвуковая (до 30 мин) и температурная (нагрев до 50°C). Поэтому предварительно суспензию хитозана для повышения растворимости обрабатывают ультразвуком до 10 минут с повышением температуры до 50°C.In addition, in particular, for the preparation of dilute acid solutions, deionized water is taken to reduce the ionic strength of the prepared solution. In this case, chitosan with a molecular weight of 30 kDa - 220 kDa, which is obtained from shrimp and / or crabs, can be taken. Also, as a special case, the solution can be prepared with stirring with a paddle stirrer (600-800 rpm) at room temperature in a closed reactor or with stirring with a magnetic stirrer in a closed container. Thus, the additional processing of solutions affects the dissolution rate of polymers: ultrasonic (up to 30 min) and temperature (heating up to 50 ° C). Therefore, pre-suspension of chitosan to increase solubility is treated with ultrasound for up to 10 minutes with increasing temperature to 50 ° C.
В частности, могут предварительно готовить суспензию хитозана в воде в соотношении компонентов 1:5; 1:4; 1:1,33; 1:2,5, а для повышения растворимости суспензию обрабатывают ультразвуком до 10 минут. Или как частный случай - хитозан предварительно растворяют в общем растворителе при интенсивном перемешивании магнитной мешалкой не менее 180 минут и затем отфильтровывают. Также в качестве общего растворителя могут брать муравьиную кислоту или молочную кислоту или лимонную кислоту или щавелевую кислоту. При этом в качестве общего растворителя могут брать смесь 65-75% раствора уксусной кислоты и диметилсульфоксида в соотношении компонентов от общего количества раствора, масс.%:In particular, they can pre-prepare a suspension of chitosan in water in a ratio of 1: 5; 1: 4; 1: 1.33; 1: 2.5, and to increase solubility, the suspension is sonicated for up to 10 minutes. Or, as a special case, chitosan is pre-dissolved in a common solvent with vigorous stirring with a magnetic stirrer for at least 180 minutes and then filtered. Formic acid or lactic acid or citric acid or oxalic acid may also be used as a general solvent. In this case, as a common solvent, a mixture of 65-75% solution of acetic acid and dimethyl sulfoxide can be taken in the ratio of components of the total amount of solution, wt.%:
- диметилсульфоксид (ДМСО) 5-15,- dimethyl sulfoxide (DMSO) 5-15,
- водный раствор уксусной кислоты УК остальное.- an aqueous solution of acetic acid UK the rest.
На Фиг.1 - в Таблице показаны физико-химические свойства растворов смесей полимеров,Figure 1 - in the Table shows the physico-chemical properties of solutions of mixtures of polymers,
На Фиг.2 - в Таблице показаны свойства растворов смеси полимеров, где EtOH - этиловый спирт, ДМСО - диметилсульфоксид, ЛК - лимонная кислота.Figure 2 - in the Table shows the properties of the solutions of the polymer mixture, where EtOH - ethyl alcohol, DMSO - dimethyl sulfoxide, LK - citric acid.
На Фиг.3 - показан график кривая течения 4% раствора хитозана (200 кДа) в 70% УК Т=25°C.Figure 3 - shows a graph of the flow curve of a 4% solution of chitosan (200 kDa) in 70% of the UK T = 25 ° C.
На Фиг.4 - показан график кривая течения 4% раствора хитозана (50 кДа) в 70% УК Т=25°C.Figure 4 - shows a graph of the flow curve of a 4% solution of chitosan (50 kDa) in 70% of the UK T = 25 ° C.
На Фиг.5 - показан график кривая течения 5% раствора хитозана (200 кДа) в 70%УК, Т=25°C.Figure 5 - shows a graph of the flow curve of a 5% solution of chitosan (200 kDa) in 70% of the UK, T = 25 ° C.
На Фиг.6 - показан график кривая течения 6% раствора хитозана (50 кДа) в 70% УК+2%ПЭО из 8% р-ра в воде, Т=25°C.Figure 6 - shows a graph of the flow curve of a 6% solution of chitosan (50 kDa) in 70% UK + 2% PEO from 8% solution in water, T = 25 ° C.
На Фиг.7 - показан график кривая течения 6% раствора хитозана (200 кДа) в 70% УК, Т=25°C.In Fig.7 - shows a graph of the flow curve of a 6% solution of chitosan (200 kDa) in 70% of the UK, T = 25 ° C.
На Фиг.8 - показан график кривая течения 46 раствора хитозана (50 кДа) в 70% УК, Т=25°C.On Fig - shows a graph of the flow curve 46 of a solution of chitosan (50 kDa) in 70% of the UK, T = 25 ° C.
На Фиг.9 - показан график кривая течения 8% раствора хитозана (50 кДа) в 70% УК, Т=25°C.Figure 9 - shows a graph of the flow curve of an 8% solution of chitosan (50 kDa) in 70% of the UK, T = 25 ° C.
На Фиг.10 - показан график кривые течения растворов хитозана в 70% УК, Т=25°C.Figure 10 - shows a graph of the flow curves of chitosan solutions in 70% of the UK, T = 25 ° C.
Реологические свойства растворов полимеров являются основным параметром при получении нановолокон методом электропрядения. Реологические свойства характеризуют поведение полимерных систем при деформировании. Зависимости, связывающие напряжения, деформации и скорости деформации, полученные при разных температурах и режимах деформирования, дают ценную информацию о свойствах, структуре и структурных превращениях полимерных систем.The rheological properties of polymer solutions are the main parameter in the production of nanofibers by electrospinning. Rheological properties characterize the behavior of polymer systems during deformation. The dependences connecting stresses, strains, and strain rates obtained at different temperatures and deformation modes provide valuable information on the properties, structure, and structural transformations of polymer systems.
Структура полимерной системы обусловлена внутри- и межмолекулярными взаимодействиями, приводящими к возникновению «зацеплений» статистических клубков макромолекул и ассоциации макромолекул в лабильные флуктуанионные сетки, узлами которой являются контакты между макромолекулами и их ассоциатами.The structure of the polymer system is due to intra- and intermolecular interactions, which lead to the appearance of “linkages” of statistical tangles of macromolecules and the association of macromolecules into labile fluctuanion networks, the nodes of which are the contacts between macromolecules and their associates.
Технологические стадии процесса электроформования волокон в значительной степени определяются реологическими свойствами полимерных систем, природой полимера, вязкостью раствора, параметра Флори-Хаггинса, напряженностью электрического поля, электропроводностью жидкости, скоростью подачи через трубчатый электрод, расстоянием между электродом и приемным коллектором. Влияние степени внутри- и межмолекулярных взаимодействий определяет все стадии процесса электроформования - приготовление первичных растворов, формирование первичных и вторичных струй, испарение растворителя с поверхности отверждающегося волокна и образование волокнистого слоя. В случае растворов важное значение приобретают свойства растворителя, прежде всего его электропроводность и способность контролируемо в заданном интервале времени испарятся с поверхности волокна. Так как неконтролируемое испарение растворителя с поверхности тонких струй может привести к существенной нелинейности процесса по сечению. Толщину волокна можно изменять, варьируя параметрами жидкости. Например, повышая вязкость жидкости, увеличиваем диаметр формуемого волокна. В то же время диаметр волокон незначительно варьируется при изменении напряженности электрического поля.The technological stages of the process of electroforming fibers are largely determined by the rheological properties of polymer systems, the nature of the polymer, the viscosity of the solution, the Flory-Huggins parameter, the electric field strength, the electrical conductivity of the liquid, the feed rate through the tubular electrode, the distance between the electrode and the receiving collector. The influence of the degree of intra- and intermolecular interactions determines all stages of the electroforming process — preparation of primary solutions, formation of primary and secondary jets, evaporation of the solvent from the surface of the cured fiber and the formation of a fibrous layer. In the case of solutions, the properties of the solvent become important, first of all, its electrical conductivity and ability to evaporate in a controlled time interval from the fiber surface. Since the uncontrolled evaporation of the solvent from the surface of thin jets can lead to a significant nonlinearity of the process over the cross section. The thickness of the fiber can be changed by varying the parameters of the liquid. For example, increasing the viscosity of the liquid, we increase the diameter of the formed fiber. At the same time, the diameter of the fibers varies slightly with a change in the electric field strength.
Установлено, что с увеличением напряженности поля радиус жидкой нити начинает резко уменьшатся, а скорость резко возрастать по продольной координате. Однако присутствует незначительное влияние напряженности электростатического поля на диаметр волокон, получаемых в процессе электроформования, т.к. на определенном расстоянии от капилляра значения радиуса жидкой нити практически выравниваются для систем, помещенных в поле с различными напряженностями.It was found that with increasing field strength, the radius of the liquid filament begins to decrease sharply, and the speed increases sharply along the longitudinal coordinate. However, there is a slight effect of the electrostatic field on the diameter of the fibers obtained in the process of electrospinning, because at a certain distance from the capillary, the values of the radius of the liquid filament are practically equalized for systems placed in a field with different intensities.
Установлено, что для более вязких растворов уменьшение радиуса может начинаться даже раньше, чем для менее вязких, но для последних характерно уменьшение радиуса до меньшей величины. Это объясняет уменьшение диаметра волокон при уменьшении вязкости раствора.It has been established that for more viscous solutions, a decrease in the radius can begin even earlier than for less viscous solutions, but a decrease in the radius to a smaller value is typical for the latter. This explains the decrease in fiber diameter while decreasing the viscosity of the solution.
Используя смеси различных полимеров, получают композиционные нановолокна с разнообразными свойствами, изменяя компонентный состав и объемное соотношение добавок, применяя нанодобавки, в широких пределах варьируют характеристические свойства получаемых нановолокон.Using mixtures of various polymers, composite nanofibers with various properties are obtained, changing the component composition and volume ratio of additives, using nanoparticles, vary widely the characteristic properties of the resulting nanofibers.
Примеры получения различных частных случаев получения раствора, пригодного для электроформования волокон, а также для традиционных методов формования пленок, губок, порошков.Examples of obtaining various special cases of obtaining a solution suitable for the electrospinning of fibers, as well as for traditional methods of forming films, sponges, powders.
Примеры приготовления растворовExamples of the preparation of solutions
Для 6% растворов хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) в 70% УК.For 6% solutions of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, the degree of deacetylation of 90%) in 70% of the Criminal Code.
Пример 1. К 480 г 70 масс.%-ной уксусной кислоты (плотность 1.0686 г/см3) при перемешивании постепенно в течение 1 часа добавляют 30 г хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%). Смесь перемешивают в течение 4-5 часов до полного растворения хитозана.Example 1. To 480 g of 70 wt.% Acetic acid (density 1.0686 g / cm 3 ), 30 g of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, degree of deacetylation 90%) are gradually added over 1 hour with stirring. The mixture is stirred for 4-5 hours until complete dissolution of chitosan.
Пример 2. 30 г хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) суспендируют в 140 г деионизированной воды в течение 30 минут. Смесь оставляют на 24 часа для набухания хитозана. Постепенно к набухшему хитозану добавляют при перемешивании 340 г 98 масс.%-ной уксусной кислоты (ледяной кислоты) (плотность 1.0549 г/см3). Смесь перемешивают в течение 3-4 часов до полного растворения хитозана.Example 2. 30 g of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, the degree of deacetylation of 90%) are suspended in 140 g of deionized water for 30 minutes. The mixture is left for 24 hours to swell chitosan. Gradually, 340 g of 98 wt.% Acetic acid (glacial acid) (density 1.0549 g / cm 3 ) is added to the swollen chitosan with stirring. The mixture is stirred for 3-4 hours until complete dissolution of chitosan.
Пример 3. 30 г хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) суспендируют в 140 г деионизированной воды в течение 30 минут. Затем полученную суспензию подвергают ультразвуковой обработке в течение 10 мин. Постепенно к полученной суспензии добавляют при перемешивании 340 г 98 масс.%-ной уксусной кислоты (ледяной кислоты) (плотность 1.0549 г/см3). Смесь перемешивают в течение 2-3 часов до полного растворения хитозана.Example 3. 30 g of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, degree of deacetylation of 90%) are suspended in 140 g of deionized water for 30 minutes. Then, the resulting suspension is subjected to ultrasonic treatment for 10 minutes Gradually, 340 g of 98 wt.% Acetic acid (glacial acid) (density 1.0549 g / cm 3 ) is added to the resulting suspension with stirring. The mixture is stirred for 2-3 hours until complete dissolution of chitosan.
Пример 4. 30 г хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) суспендируют в 140 г деионизированной воды в течение 30 минут. Затем полученную суспензию подвергают ультразвуковой обработке в течение 10 мин. Постепенно к полученной суспензии добавляют при перемешивании 340 г 98 масс.%-ной уксусной кислоты (ледяной кислоты) (плотность 1.0549 г/см3). Смесь перемешивают с повышением температуры не выше 50°C в течение 2 часов до полного растворения хитозана. Полученный раствор охлаждают до комнатной температуры.Example 4. 30 g of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, degree of deacetylation of 90%) are suspended in 140 g of deionized water for 30 minutes. Then, the resulting suspension is subjected to ultrasonic treatment for 10 minutes Gradually, 340 g of 98 wt.% Acetic acid (glacial acid) (density 1.0549 g / cm 3 ) is added to the resulting suspension with stirring. The mixture is stirred at a temperature not exceeding 50 ° C for 2 hours until complete dissolution of chitosan. The resulting solution was cooled to room temperature.
Пример 5. Приготовление раствора хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) проводят, как в примере 2, или 3, или 4. К раствору хитозана в уксусной кислоте при перемешивании добавляют 7,5 г 8 масс.%-ного раствора полизтиленоксида (ПЭО) (молекулярная масса 900 кДа) в воде. Смесь перемешивают не менее 3 часов.Example 5. The preparation of a solution of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, the degree of deacetylation of 90%) is carried out, as in example 2, 3, or 4. To a solution of chitosan in acetic acid, 7.5 g of 8 wt.% - are added with stirring solution of poly (ethylene oxide) (PEO) (molecular weight 900 kDa) in water. The mixture is stirred for at least 3 hours.
Пример 6. Приготовление раствора хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) проводят, как в примере 5, за исключением того, что к раствору хитозана в уксусной кислоте при перемешивании добавляют 7,5 г 10 масс.%-ного раствора поливинилпирролидона (ПВП) (молекулярная масса 35 кДа) в воде. Смесь перемешивают не менее 3 часов.Example 6. The preparation of a solution of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, the degree of deacetylation of 90%) is carried out as in example 5, except that to the solution of chitosan in acetic acid, 7.5 g of 10 wt.% - are added with stirring. a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) (molecular weight 35 kDa) in water. The mixture is stirred for at least 3 hours.
Пример 7. Приготовление раствора хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) проводят, как в примере 5 или 6, за исключением того, что предварительно к водорастворимому полимеру при перемешивании добавляют 0,5 г поверхностно-активного вещества Triton Х-100. Смесь перемешивают не менее 3 часов.Example 7. The preparation of a solution of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, the degree of deacetylation of 90%) is carried out as in example 5 or 6, except that preliminary to the water-soluble polymer with stirring, add 0.5 g of surfactant Triton X -one hundred. The mixture is stirred for at least 3 hours.
Для 4% растворы хитозана (200 кДа, степень деацетилирования 82%) в 70% УК.For 4% solutions of chitosan (200 kDa, the degree of deacetylation of 82%) in 70% of the Criminal Code.
Пример 8. К 480 г 70 масс.%-ной уксусной кислоты (плотность 1.0686 г/см3) при перемешивании постепенно в течение 1 часа добавляют 20 г хитозана (молекулярная масса 200 кДа, степень деацетилирования 82%). Смесь перемешивают в течение 4-5 часов до полного растворения хитозана.Example 8. To 480 g of 70 wt.% Acetic acid (density 1.0686 g / cm 3 ), 20 g of chitosan (molecular weight 200 kDa, degree of deacetylation 82%) are gradually added over 1 hour with stirring. The mixture is stirred for 4-5 hours until complete dissolution of chitosan.
Пример 9. 20 г хитозана (молекулярная масса 200 кДа, степень деацетилирования 82%) суспендируют в 140 г деионизированной воды в течение 30 минут. Смесь оставляют на 24 часа, для набухания хитозана. Постепенно к набухшему хитозану добавляют при перемешивании 340 г 98 масс.%-ной уксусной кислоты (плотность 1.0549 г/см3). Смесь перемешивают в течение 4-5 часов до полного растворения хитозана.Example 9. 20 g of chitosan (molecular weight 200 kDa, degree of deacetylation of 82%) are suspended in 140 g of deionized water for 30 minutes. The mixture is left for 24 hours to swell chitosan. Gradually, 340 g of 98 wt.% Acetic acid (density 1.0549 g / cm 3 ) is added to the swollen chitosan with stirring. The mixture is stirred for 4-5 hours until complete dissolution of chitosan.
Пример 10. 20 г хитозана (молекулярная масса 200 кДа, степень деацетилирования 82%) суспендируют в 140 г деионизированной воды в течение 30 минут. Затем полученную суспензию подвергают ультразвуковой обработке в течение 10 мин. Постепенно к полученной суспензии добавляют при перемешивании 340 г 98 масс.%-ной уксусной кислоты (ледяной кислоты) (плотность 1.0549 г/см3). Смесь перемешивают в течение 2-3 часов до полного растворения хитозана.Example 10. 20 g of chitosan (molecular weight 200 kDa, degree of deacetylation of 82%) are suspended in 140 g of deionized water for 30 minutes. Then, the resulting suspension is subjected to ultrasonic treatment for 10 minutes Gradually, 340 g of 98 wt.% Acetic acid (glacial acid) (density 1.0549 g / cm 3 ) is added to the resulting suspension with stirring. The mixture is stirred for 2-3 hours until complete dissolution of chitosan.
Пример 11. 30 г хитозана (молекулярная масса 200 кДа, степень деацетилирования 82%) суспендируют в 140 г деионизированной воды в течение 30 минут. Затем полученную суспензию подвергают ультразвуковой обработке в течение 10 мин. Постепенно к полученной суспензии добавляют при перемешивании 340 г 98 масс.%-ной уксусной кислоты (ледяной кислоты) (плотность 1.0549 г/см3). Смесь перемешивают с повышением температуры не выше 50°С в течение 2 часов до полного растворения хитозана. Полученный раствор охлаждают до комнатной температуры.Example 11. 30 g of chitosan (molecular weight 200 kDa, degree of deacetylation of 82%) are suspended in 140 g of deionized water for 30 minutes. Then, the resulting suspension is subjected to ultrasonic treatment for 10 minutes Gradually, 340 g of 98 wt.% Acetic acid (glacial acid) (density 1.0549 g / cm 3 ) is added to the resulting suspension with stirring. The mixture is stirred with increasing temperature not higher than 50 ° C for 2 hours until the complete dissolution of chitosan. The resulting solution was cooled to room temperature.
Пример 12. Приготовление раствора хитозана (молекулярная масса 200 кДа, степень деацетилирования 82%) проводят, как в примере 7, или 8, или 9. К раствору хитозана в уксусной кислоте при перемешивании добавляют 5 г. 8 масс.%-ного раствора полиэтиленоксида (ПЭО) (молекулярная масса 900000) в воде. Смесь перемешивают не менее 3 часов.Example 12. The preparation of a solution of chitosan (molecular weight 200 kDa, the degree of deacetylation of 82%) is carried out as in example 7, or 8, or 9. To a solution of chitosan in acetic acid, 5 g of an 8 wt.% Solution of polyethylene oxide are added with stirring. (PEO) (molecular weight 900,000) in water. The mixture is stirred for at least 3 hours.
Пример 13. Приготовление раствора хитозана (молекулярная масса 40-50 кДа, степень деацетилирования 90%) проводят, как в примере 9 или 10, за исключением того, что предварительно к водорастворимому полимеру при перемешивании добавляют 0,5 г поверхностно-активного вещества Triton Х-100. Смесь перемешивают не менее 3 часов.Example 13. The preparation of a solution of chitosan (molecular weight 40-50 kDa, the degree of deacetylation of 90%) is carried out as in example 9 or 10, except that previously 0.5 g of Triton X surfactant is added to the water-soluble polymer with stirring -one hundred. The mixture is stirred for at least 3 hours.
Наличие вышеуказанных свойств подтверждено комплексными исследованиями совместимости хитозана с полиэтиленоксидом в широком диапазоне соотношений компонентов, что видно из графиков Фиг 3-10.The presence of the above properties is confirmed by comprehensive studies of the compatibility of chitosan with polyethylene oxide in a wide range of component ratios, as can be seen from the graphs of Figs 3-10.
В исследованиях использовались вискозиметрия, ИК-Фурье спектроскопия, термогравиметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия, динамический механический анализ и метод равновесной сорбции. Результаты подтверждены при особенности взаимодействия хитозана с ПЭО, фазовом состоянии смесей, с помощью которых определены термодинамические параметры смешения полимеров, установлены области термодинамической совместимости компонентов в смеси.The studies used viscometry, IR-Fourier spectroscopy, thermogravimetry, differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis and the method of equilibrium sorption. The results were confirmed with the peculiarities of the interaction of chitosan with PEO, the phase state of mixtures, with which the thermodynamic parameters of polymer mixing were determined, and the regions of thermodynamic compatibility of the components in the mixture were established.
Известно изобретение «Раневое покрытие на основе коллаген-хитозанового комплекса», патент RU 2254145, опубл. 20.06.05, МПК A61L 15/28, A61L 15/32, A61L 26/00, представляющего собой покрытие из материала на основе коллаген-хитозанового комплекса для восстановления дефектов кожи в виде губки, геля, коллоидного раствора, пленки, хитозановая составляющая содержит хитозан со степенью деацетилирования 0,95-0,99 и молекулярной массой 100-1000 кДа, в виде аскорбата хитозана при содержании аскорбиновой кислоты 1,8 г/г сухого хитозана. Изобретение позволяет улучшить качественные и количественные характеристики восстанавливаемых раневых дефектов кожи рубцовой и околорубцовой зон, близкой к нормальной здоровой. Назначение покрытия к экспериментальной и клинической хирургии и трансплантологии, и может быть использовано для восстановления полнослойных кожных дефектов различной площади в качестве искусственной матрицы дермально-эпидермального эквивалента кожи. Известные коллаген-хитозановые конструкций при лечении раневых дефектов сокращают сроки их заживления, однако и не приводят к восстановлению строго ориентированной волокнистой структуры соединительной ткани, что может приводить к образованию рубцов и шрамов.The invention is known "Wound coating based on collagen-chitosan complex", patent RU 2254145, publ. 06/20/05,
Известно изобретение «Медицинская многослойная повязка и изделия на ее основе», патент RU 2240140, опубл. 20.11.2004, МПК A61L 15/28, A61F 13/00, материал который выполнен с использованием слоя из биодеградируемого пленочного материала на основе полисахаридного комплекса альгината и хитозана, нанесенный на армирующую «травматичную сетку. Однако слой наносится в виде геля или пленки. Данный материал не позволяет применить техноллогию электропрядения. У этого материала недостаточная универсальность, он обладает слабым сорбционным и гемостатическим действием, не устраняют болевой синдром.The invention is known "Medical multilayer dressing and products based on it", patent RU 2240140, publ. November 20, 2004,
Известно изобретение «Способ изготовления изделий из композиционного материала», заявка RU 2007102508, опубл. 27.07.08, МПК C01B 31/02, включающий формирование каркаса, соответствующего форме изготовляемого изделия, пропитку каркаса наполнителем, сушку и последующий пиролиз каркаса с наполнителем в газовой среде при высокой температуре, пиролиз осуществляют в газовой среде высокой плотности, а в качестве наполнителя используют керамообразующий, полимерный реагент и каркас формируют из органических волокон, например хитозана. Также материал получен иными методами, чем электроформование.The invention is known "A method of manufacturing products from composite material", application RU 2007102508, publ. 07/27/08, IPC C01B 31/02, including forming a framework corresponding to the shape of the manufactured product, impregnating the framework with a filler, drying and subsequent pyrolysis of the framework with the filler in a gas medium at high temperature, pyrolysis is carried out in a high-density gas medium, and use as a filler The keramo-forming, polymer reagent and framework are formed from organic fibers, for example chitosan. Also, the material was obtained by methods other than electroforming.
Известно изобретение «Способ получения хитозан содержащего волокна», патент RU 2278188, опубл. 20.06.06, МПК D01F 4/00 C08B 9/00, заключающийся в том, что хитозан предварительно растворяют в уксусной кислоте и волокна получают мокрым формованием. Позволяет получить хитозансодержащее волокна с высокой степенью деацетилирования путем предварительного растворения измельченного хитозана в уксусной кислоте и добавлением раствора NaOH для нейтрализации уксусной кислоты и мерсеризации хитозана с последующим ксантогенированием и мокрого формования. Однако не может применяться при электроформовании.The invention is known "Method for producing chitosan containing fiber", patent RU 2278188, publ. 06/20/06,
Известно изобретение «Способ получения композитных сорбционных материалов», заявка RU 2004132597, опубл. 27.04.06, МПК B01J 20/24, B01J 20/20, B01J 20/32, формируемых на электропроводящей подложке, раствор хитозана в разбавленной соляной кислоте в присутствии NaCl, включающий электрохимическую обработку раствора хитозана в условиях катодной поляризации электропроводящей подложки. Однако в абсорбирующих продуктах для индивидуального применения мягкие гелеобразные массы имеют тенденцию препятствовать транспорту жидкости внутри волокнистой матрицы, в которую включены абсорбирующие вещества. Суперабсорбирующее вещество может набухнуть и блокировать поток жидкости через остальную часть абсорбирующей конструкции, с образованием сшивающих мостиков в полимере, за счет чего снижается скорость абсорбции. Волокна получают коагуляционным способом, продуцированным стандартными методами мокрого и сухого формования с последующим их нарезанием до нужной длины.The invention is known "Method for producing composite sorption materials", application RU 2004132597, publ. 04/27/06,
Наиболее близким аналогом является изобретение «Электропряденые аморфные фармацевтические композиции», патент RU 2331411, опубл. 10.08.2005. МПК A61K 9/48, A61K 9/20, A61K 9/52, A61K 9/22, представляющее собой электропряденное волокно из фармацевтической композиции для изготовления твердой дисперсии и из фармацевтически приемлемого полимерного носителя, гомогенно интегрированное со стабильной аморфной формой. Однако это волокно является аморфным и не включает нановолокна.The closest analogue is the invention "Electrospun amorphous pharmaceutical compositions", patent RU 2331411, publ. 08/10/2005. IPC A61K 9/48, A61K 9/20, A61K 9/52, A61K 9/22, which is an electro-spun fiber from a pharmaceutical composition for preparing a solid dispersion and from a pharmaceutically acceptable polymer carrier, homogeneously integrated with a stable amorphous form. However, this fiber is amorphous and does not include nanofibres.
Природные полисахариды, благодаря своей биосовместимости, биоразлагаемости и неиммуногенным свойствам, являются привлекательными для применения в различных биомедицинских и биотехнологических целях, таких как системы доставки лекарственных средств, герметиков, проницаемых мембран и клеточных каркасов в тканевой инженерии. Применение синтетических полимеров в качестве гемостатических покрытий и раневых повязок ограничено из-за их потенциальной токсичности и канцерогенности. У медицинских изделий и материалов на белковой основе такие ограничения отсутствуют, однако они все же обладают некоторыми показателями, связанными с их высокой стоимостью и высоким риском возникновения бактериальной инфекции в тканях организма. Важным свойством раневой повязки является его гемостатическое действие, т.е. возможность наложения на раны с целью остановки интенсивного кровотечения. В настоящее время имеется ряд медицинских изделий для остановки кровотечения - гранулы на основе цеолитов, клеи на основе белков животного происхождения, пористые и волокнистые материалы. Однако они имеют некоторые недостатки, такие как отсутствие биоразлагаемости, возникновение риска бактериальной инфекции в ране, высокая стоимость, а также твердость материала.Natural polysaccharides, due to their biocompatibility, biodegradability and non-immunogenic properties, are attractive for use in various biomedical and biotechnological purposes, such as drug delivery systems, sealants, permeable membranes and cell frames in tissue engineering. The use of synthetic polymers as hemostatic coatings and wound dressings is limited due to their potential toxicity and carcinogenicity. Protein-based medical devices and materials do not have such restrictions, however, they nevertheless have some indicators associated with their high cost and high risk of bacterial infection in the body tissues. An important property of a wound dressing is its hemostatic effect, i.e. the possibility of applying to wounds in order to stop intense bleeding. Currently, there are a number of medical devices for stopping bleeding - granules based on zeolites, adhesives based on animal proteins, porous and fibrous materials. However, they have some disadvantages, such as the lack of biodegradability, the risk of bacterial infection in the wound, the high cost, as well as the hardness of the material.
Хитозан представляет собой биосовместимый полисахарид, обладающий рядом свойств, как для раневых повязок, так и для применения эго в качестве гемостатического средства.Chitosan is a biocompatible polysaccharide with a number of properties, both for wound dressings and for the use of ego as a hemostatic agent.
Установлено также стимулирующее действие полисахаридов на регенераторные процессы в ране, которое выражается в ускорении роста грануляционной ткани, стимулировании краевой и островковой эпитализации, создании благоприятных условий для миграции эпителиальных клеток, прорастания сосудов и безрубцового заживления ран.The stimulating effect of polysaccharides on the regenerative processes in the wound, which is expressed in accelerating the growth of granulation tissue, stimulating marginal and islet epithelization, creating favorable conditions for the migration of epithelial cells, vascular germination and scarless wound healing, has also been established.
Гемостатическое и репаративное действие заявляемого материала регулируются в зависимости от состава полученного раствораThe hemostatic and reparative effects of the claimed material are regulated depending on the composition of the resulting solution
Хитозан известен как биодеградируемый, биосовместимый, биоадгезивный полимер и обладает свойствами бактериостатика, к тому же он способствует заживлению ран, всасыванию лекарственных веществ и восстановлению тканей. Благодаря присущим ему вышеотмеченным свойствам, хитозан обладает множественными косметическими и фармацевтическими действиями.Chitosan is known as a biodegradable, biocompatible, bioadhesive polymer and has the properties of bacteriostatic, in addition, it contributes to wound healing, absorption of drugs and tissue repair. Due to its inherent properties noted above, chitosan has multiple cosmetic and pharmaceutical effects.
При использовании данного материала отмечено значительное уменьшение образования грубого рубцевания (спаек) ткани. К тому же данный материал может применяться в комбинации с соответствующими гемостатическими средствами, например тромбином, фибриногеном, факторами свертывания крови, кровоостанавливающими препаратами, такими как лактат железа, ферракрил и др. Материал в качестве повязок легко повторяет рельеф травмы, плотно прилегает к ней, но и легко снимается.When using this material, a significant decrease in the formation of rough scarring (adhesions) of the tissue was noted. In addition, this material can be used in combination with appropriate hemostatic agents, for example, thrombin, fibrinogen, blood coagulation factors, hemostatic drugs, such as iron lactate, ferracryl, etc. The material as dressings easily repeats the relief of the injury, fits tightly to it, but and easy to remove.
В настоящее время перспективными изделиями для медицины и биотехнологии являются нетканые структурированные материалы, которые возможно получить только электроформованием.Currently, promising products for medicine and biotechnology are non-woven structured materials that can only be obtained by electroforming.
Электропряденые волокна по настоящему изобретению будут иметь диаметры в диапазоне нанометров и, следовательно, могут обеспечивать очень большую площадь поверхности. Указанная большая площадь поверхности может резко повысить скорость растворения высокомолекулярного полимерного носителя, а также присутствующего в нем лекарственного средства. Кроме того, хитозан как катионный полимер обладает гемостатическим эффектом, за счет электростатического взаимодействия, при котором это свойство более эффективно влияет на абсорбцию отрицательно заряженных белков плазмы крови и агглютинацию эритроцитов, что приводит к быстрой остановке кровотечения.Electro-spun fibers of the present invention will have diameters in the range of nanometers and, therefore, can provide a very large surface area. The specified large surface area can dramatically increase the dissolution rate of the high molecular weight polymer carrier, as well as the drug present therein. In addition, chitosan as a cationic polymer has a hemostatic effect due to electrostatic interaction, in which this property more effectively affects the absorption of negatively charged plasma proteins and the agglutination of red blood cells, which leads to a quick stop of bleeding.
Более эффективная остановка кровотечения обусловлена высокой реакционной способностью натурального биополимера хитозана, а также за счет увеличенной площади контакта материала с биологическими тканями, которая достигается путем применения нетканого материала, состоящего из нановолокон со средним диаметром 80-120 нм.A more effective stopping of bleeding is due to the high reactivity of the natural chitosan biopolymer, as well as due to the increased contact area of the material with biological tissues, which is achieved by the use of non-woven material consisting of nanofibers with an average diameter of 80-120 nm.
Волокна хитозана (поли-2-амино-2 дезокси-β-D-глюкан) обладают антимикробной и антигрибковой активностью, что определяет возможность его использования в медицине (R.A.A. Muzzarelli "Chitin", Pergamon, 1977, R.A.A.Muzzarelli "Chitosan per os", Atec, 2000).Chitosan fibers (poly-2-amino-2 deoxy-β-D-glucan) have antimicrobial and antifungal activity, which determines the possibility of its use in medicine (RAA Muzzarelli "Chitin", Pergamon, 1977, RAAMuzzarelli "Chitosan per os", Atec, 2000).
В результате получения нановолокна из предложенного раствора достигается следующий технический результат:As a result of obtaining nanofibers from the proposed solution, the following technical result is achieved:
- достижение более тонкого по диаметру хитозанового волокна в нанометровом диапазоне;- achieving a finer diameter chitosan fiber in the nanometer range;
- получение однородных волокон по диаметру,- obtaining homogeneous fibers in diameter,
- повышение производительности;- productivity increase;
- уменьшение стоимости получения композиционных нетканых материалов;- reducing the cost of obtaining composite non-woven materials;
- возможность применения разнообразных методов обработки раствора полимера для получения материалов в виде:- the possibility of applying a variety of methods for processing a polymer solution to obtain materials in the form of:
- - волокон методом электроформования (электропрядения);- - fibers by electrospinning (electrospinning);
- - порошков методом сублимационной сушки;- - powders by freeze-drying;
- - пленок методом полива на основу;- - films by irrigation on a base;
- - пористых губок методом лиофильной сушки;- - porous sponges by freeze drying;
- возможность использования в качестве мембран или носителей для создания специальных лекарственных форм, обеспечивающих контролируемое высвобождение или пролонгированное действие лекарственных средств. Правильно- the possibility of using as membranes or carriers to create special dosage forms that provide controlled release or prolonged action of drugs. Right
- повышение устойчивости хитозановых нановолокон к воде;- increasing the resistance of chitosan nanofibers to water;
- возможность регулирования гидрофильности, стабильности в кислых средах, физико-механических и комплексообразующих свойств;- the ability to control hydrophilicity, stability in acidic environments, physico-mechanical and complexing properties;
- возможность использования в различных областях биотехнологии и биоинженерии, например, в технологиях получения принципиально новых матриксов для клеточной инженерии (скаффолдов) с целью естественного восстановления утраченных тканей.- the possibility of using in various fields of biotechnology and bioengineering, for example, in technologies for producing fundamentally new matrices for cell engineering (scaffolds) with the goal of natural restoration of lost tissue.
Смеси хитозана с биологически инертными синтетическими полимерами - поливиниловым спиртом (ПВС) и полиэтиленоксидом (ПЭО), можно получать в виде пленок, губок, порошка и, что очень важно, волокон из общего растворителя. Это приводит к повышению стабильности пленок или волокон в кислых средах, улучшает их физико-механические свойства и гидрофильность.Mixtures of chitosan with biologically inert synthetic polymers - polyvinyl alcohol (PVA) and polyethylene oxide (PEO) can be obtained in the form of films, sponges, powder and, very importantly, fibers from a common solvent. This leads to an increase in the stability of films or fibers in acidic media, improves their physical and mechanical properties and hydrophilicity.
Комплексное физико-химическое исследование полученных волокон и, соответственно, материала из этих волокон, которые формовали из предложенной смеси полимеров, подтвердили наличие термодинамически устойчивых полимерных систем и доказали состоятельность применения раствора для получения волокнистых материалов на основе смесей хитозана с поливиниловым спиртом и полиэтиленоксидом.A comprehensive physico-chemical study of the obtained fibers and, accordingly, the material from these fibers, which were molded from the proposed polymer mixture, confirmed the presence of thermodynamically stable polymer systems and proved the viability of using a solution to obtain fibrous materials based on mixtures of chitosan with polyvinyl alcohol and polyethylene oxide.
Благодаря совокупности уникальных свойств, проявляющихся в высокой адгезии, развитой удельной поверхности, возможности доставки биологически активных веществ, полимерные волокнистые наноматериалы на сегодняшний день являются одними из самых перспективных для применения в инновационном развитии медицины и биотехнологии.Due to the combination of unique properties, manifested in high adhesion, developed specific surface area, the ability to deliver biologically active substances, polymer fibrous nanomaterials today are one of the most promising for use in the innovative development of medicine and biotechnology.
Метод электроформования привлекает к себе наибольшее внимание из-за простоты аппаратурного оформления, низкой стоимости, возможности получать волокна нано- и субмикронного размера из природных и синтетических полимеров, композитов, полупроводников, металлов. При этом удельная площадь поверхности волокон может достигать 300 м/г, а длина волокна нескольких километров.The method of electroforming attracts the most attention because of the simplicity of the hardware design, low cost, the ability to obtain nano- and submicron-sized fibers from natural and synthetic polymers, composites, semiconductors, and metals. In this case, the specific surface area of the fibers can reach 300 m / g, and the fiber length is several kilometers.
В отличие от традиционных перевязочных и раневых повязок, передовые нановолокнистые материалы требуют менее частой замены, способствуют снижению болевых ощущений при перевязке и во время рубцевания, снижают риск повторного травмирования. Возможность комбинирования таких наноматериалов в различные слои с добавлением лекарственных препаратов дает возможность применения при острых, хронических ранах, а также хирургических операциях.Unlike traditional dressings and wound dressings, advanced nanofiber materials require less frequent replacement, help to reduce pain during dressing and scarring, and reduce the risk of re-injury. The possibility of combining such nanomaterials in different layers with the addition of drugs makes it possible to use in acute, chronic wounds, as well as surgical operations.
Разработка матричных структур на основе природных и синтетических полимеров для дифференциации и пролиферации клеток является на сегодняшний день одной из основных задач трансплантологии, направленной на получение биологических тканей идентичных тканям реципиента. Разнообразие форм тканей (нервы, кожные, соединительные, хрящевые, костные и др.) требует разработки различных матричных материалов, пролиферация клеток на которых позволит создать требуемый орган реципиента или его часть. Нановолокнистые матричные структуры обладают важными свойствами: биосовместимостью и биодеградируемостью, высокой удельной поверхностью, изменяемой жесткостью, развитой пористостью, соответствующей различным размерам внедряемых клеток. На сегодняшний день применение таких материалов является передовым в области тканевой инженерии и клеточной трансплантологии.The development of matrix structures based on natural and synthetic polymers for the differentiation and proliferation of cells is today one of the main tasks of transplantation aimed at obtaining biological tissues identical to the tissues of the recipient. A variety of tissue forms (nerves, skin, connective, cartilage, bone, etc.) requires the development of various matrix materials, the proliferation of cells on which will create the desired recipient organ or part thereof. Nanofiber matrix structures possess important properties: biocompatibility and biodegradability, high specific surface area, variable stiffness, developed porosity corresponding to various sizes of implanted cells. Today, the use of such materials is advanced in the field of tissue engineering and cell transplantology.
Заявленный технический результат обеспечен тем, что из раствора получают нановолокна. Кроме того, из данного раствора возможно получить и традиционные материалы, которые используют в сложных повязках.The claimed technical result is ensured by the fact that nanofibers are obtained from the solution. In addition, from this solution it is possible to obtain traditional materials that are used in complex dressings.
Возможно получение материала из вышеуказанного раствора двумя вариантами. Первый вариант - получение нановолокон методом электроформования. Второй вариант - получение материала из вышеуказанного раствора традиционными методами - методом сублимационной сушки или методом полива на основу или лиофильной сушкой.It is possible to obtain material from the above solution in two ways. The first option is to obtain nanofibers by electrospinning. The second option is to obtain material from the above solution by traditional methods - by freeze drying or by watering on a base or by freeze drying.
ВАРИАНТ 1. Способ получения гемостатического материала из водно-кислотного раствора состоящего из полиэлектролитного комплекса хитозана и водорастворимого полимера, включающий электрохимическую обработку раствора хитозана в электрическом поле с токопроводящей подложкой, отличается тем, что обеспечивают при электроформовании характеристики волокон с вязкостью - 1,4-2,5 Па·с, поверхностным натяжением - 31-35 мН/м и электропроводности не более 2,3 мСм/см, за счет применения вязкотекучего раствора по п.1, причем в процессе электроформования обеспечивают испарение общего растворителя из водно-кислого раствора полимера или смеси полимеров и хитозана, а затем компоненты материала переводят в нерастворимую в воде форму. Причем водонерастворимая форма полиоснования представляет собой полимер (О-формы), за счет того, что из вязкотекучего раствора с составом по п.1, формуют нановолокна в электрическом поле с напряжением 20-80 кВт, после чего на токопроводящей подложке собирают нановолокна с диаметром 80-120 нм. В частности, раствор подают в электрическом поле с напряжением 20-30 кВт, со скоростью подачи раствора 0,08-0,5 мл/мин, влажностью воздуха 40-65%, с применением капилляров 0,5-1,0 мм; кроме того, возможно предварительно перед электроформованием отфильтровывать и обезвоздушивать раствор хитозана и полимеров. В частности, вязкотекучий раствор выдерживают до электроформования не более 12 часов. Свежесформованный материал содержит связанную солевыми связями с аминогруппами кислоту (С-форма хитозана). В частности, солевую форму (С-форма) материала обрабатывают растворами оснований, и модифицируют сшивающими реагентами или подвергают термообработке. При этом отвержение осуществляют за счет удаления общего растворителя путем его испарения в процессе формования. Кроме того, предварительно перед электроформованием раствор могут обезвоздушивать и выдерживать в течение 12 ч при температуре 5-25°C. В частности, токопроводящая подложка может быть выполнена из алюминиевой фольги или токопроводящая подложка выполнена из токопроводящего синтетического нетканого материала. В частности, токопроводящая подложка выполнена в виде целлюлозной подложки плотностью от 41-80 г/м2 (тонкая бумага). В частности, сформованные волокна размещают на токопроводящей подложке хаотично или сформованные волокна размещают на токопроводящей подложке укладывают упорядоченными рядами. Например, сформованные волокна размещают на токопроводящей подложке с плотностью одного слоя нановолокон 0,2-10 г/м2.
ВАРИАНТ 2. Способ получения гемостатического материала из водно-кислотного раствора из полиэлектролитного комплекса хитозана и водорастворимого полимера, и включающий электрохимическую обработку раствора хитозана в электрическом поле с токопроводящей подложкой, отличается тем, что из водно-кислотного раствора формируют материал в виде: порошков, или пленок, или пористой губки, причем формование материала осуществляют методом сублимационной сушки или методом полива на основу или лиофильной сушкой, соответственно, а формованный материал получают в виде порошка, или пленки, или пористой губки собирают на подложке. Например, подложка выполнена из алюминиевой фольги, или токопроводящая подложка выполнена из нетканого материала, или подложка выполнена объемной, или подложка выполнена токопроводящей. Например, подложку покрывают сформованным материалом со всех сторон. В частности, в водно-кислотный раствор добавляют лекарственный препарат.
На Фиг.11 показана химическое строение участка цепи макромолекулы хитина.11 shows the chemical structure of the chain portion of the chitin macromolecule.
На Фиг.12 показаны молекулярные конформации хитозана в твердом состоянии.On Fig shows the molecular conformation of chitosan in the solid state.
а) Конформация двойной спирали показана слева, б) восьмикратной спирали - справа.a) The conformation of the double helix is shown on the left, b) of the eight-fold spiral on the right.
На Фиг.13 показана диаграмма фазового состояния тройной системы хитозан-вода-уксусная кислота. Число в обозначении хитозана указывает молекулярную массу в кДа.On Fig shows a phase diagram of the ternary system of chitosan-water-acetic acid. The number in the designation of chitosan indicates the molecular weight in kDa.
На Фиг.14 показана химическая формула поливинилового спирта.On Fig shows the chemical formula of polyvinyl alcohol.
На Фиг.15 показана структурная формула полиэтиленоксида.On Fig shows the structural formula of polyethylene oxide.
На Фиг.16 показана схема получения нановолокон полимеров методом электроформования.On Fig shows a diagram of the production of polymer nanofibers by electrospinning.
Несмотря на технологическую простоту электроформование представляет собой комплексный процесс, включающий в себя электрогидродинамику слабопроводяших неньютоновских жидкостей, тепло- и массоперенос, фазовые превращения - испарение растворителя и отвердевание полимерного волокна. В процессе электроформования струя полимерного раствора (смеси полимера и летучего растворителя) проходит три стадии - начального прямолинейного стационарного течения, нестабильного движения и окончательного формирования полимерного волокна с его осаждением на коллекторе.Despite the technological simplicity, electroforming is a complex process including electrohydrodynamics of weakly conducting non-Newtonian fluids, heat and mass transfer, phase transformations — evaporation of the solvent and hardening of the polymer fiber. In the process of electroforming, a stream of a polymer solution (a mixture of polymer and a volatile solvent) goes through three stages - the initial rectilinear stationary flow, unstable motion and the final formation of the polymer fiber with its deposition on the collector.
При наложении электрического поля, создаваемого источником питания высокого напряжения, на металлический капилляр с жидкостью (расплавом или раствором полимера), жидкость приобретает заряд, и силы электростатического отталкивания между молекулами начинают противодействовать силам поверхностного натяжения, плоский мениск становится выпуклым, капля начинает вытягивается приобретая диаметр меньший диаметра капилляра. При достижении критического значения струя жидкости вырывается с поверхности капли. Точка образования струи называется конусом Тэйлора (Taylor cone).When an electric field created by a high voltage power supply is applied to a metal capillary with a liquid (melt or polymer solution), the liquid acquires a charge, and the forces of electrostatic repulsion between the molecules begin to counteract the forces of surface tension, the flat meniscus becomes convex, the drop begins to stretch, acquiring a smaller diameter the diameter of the capillary. When a critical value is reached, a stream of liquid escapes from the surface of the droplet. The point of formation of the jet is called the Taylor cone.
Если сцепление молекул в жидкости достаточно велико, то струя не разрывается (в противном случае происходит электрораспыление жидкости). Во время движения к коллектору струя подвергается различным нестабильностям, таким как захлестывания, поэтому природа пути струи часто описывается как хаотическая, из-за действия электростатических сил отталкивания волокно еще сильнее растягивается в местах микроизгибов. Волокна формируют случайным образом ориентированную волокнистую сеть на поверхности подложки.If the cohesion of molecules in a liquid is large enough, then the jet does not break (otherwise, electrospray of the liquid occurs). While moving towards the collector, the jet undergoes various instabilities, such as sweeping, therefore the nature of the jet path is often described as chaotic, due to the action of electrostatic repulsive forces, the fiber stretches even more in places of microbending. The fibers form a randomly oriented fiber network on the surface of the substrate.
Однако при поступательном движении электропроводной подложки можно получить структурированную волокнистую сеть.However, with the translational movement of the electrically conductive substrate, a structured fiber network can be obtained.
Хитин - линейный аминополисахарид, структурной единицей которого служит N-ацетил-b-D-глюкозамин. Остатки моноацетилглюкозамина соединены между собой b,1-4-гликозидными связями и поочередно повернуты на 180° [Muzzarelli R.A.A. Alkyl ethers // Muzzarelli R.A.A. Chitin. - Oxford, 1977. - P.125; Herth W. Chitin - fibril formation in algae / W.Herth, E.E.Schenept // Cellulose a. other natural polymer systems. - 1982. - №4. - P.185-205].Chitin is a linear aminopolysaccharide whose structural unit is N-acetyl-b-D-glucosamine. The residues of monoacetylglucosamine are interconnected by b, 1-4-glycosidic bonds and are alternately rotated 180 ° [Muzzarelli R.A.A. Alkyl ethers // Muzzarelli R.A.A. Chitin. - Oxford, 1977 .-- P.125; Herth W. Chitin - fibril formation in algae / W. Herth, E. E. Schenept // Cellulose a. other natural polymer systems. - 1982. - No. 4. - P.185-205].
Потенциальные источники хитина многообразны, наиболее доступными для промышленного освоения являются отходы, образующиеся при переработке океанических ракообразных (крабов, креветок, лангустов, омаров, антарктического криля), имеется хитин в покровах насекомых и паукообразных, а также в биомассе мицелиальных и высших грибов [Николаева Н.Е. Химический состав и промышленное использование креветок // Изв. вузов. Сер. «Пищевая технология». - 1968. - №5. - С.56-58; Феофилова Е.П. Перспективные источники получения хитина из природных объектов / Е.П.Феофилова, В.М.Терешина // Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана = New prospects in study of chitin and chitosan: материалы Пятой конф., Москва-Щелково, 25-27 мая 1999. - М., 1999. - С.76-78].Potential sources of chitin are diverse, the most accessible for industrial development are the waste generated during the processing of oceanic crustaceans (crabs, shrimps, lobsters, lobsters, Antarctic krill), there is chitin in the covers of insects and arachnids, as well as in the biomass of mycelial and higher fungi [Nikolaeva N .E. The chemical composition and industrial use of shrimp // Izv. universities. Ser. "Food Technology". - 1968. - No. 5. - S. 56-58; Feofilova E.P. Prospective sources for producing chitin from natural objects / E.P. Feofilova, V.M. Tereshina // New prospects in the study of chitin and chitosan = New prospects in study of chitin and chitosan: materials of the Fifth Conf., Moscow-Schelkovo, 25-27 May 1999. - M., 1999. - P.76-78].
Как показано на фиг.11, в природе хитин связан с белками, липидами и красителями, сцементирован карбонатом кальция.As shown in figure 11, in nature, chitin is associated with proteins, lipids and dyes, cemented by calcium carbonate.
Степень превращения хитина в хитозан характеризуют степенью деацетилирования (СД), которую определяют методами потенциометрического и кондуктометрического титрования, элементного анализа, ИК-спектроскопии, пиролитической газовой хроматографии. Обычно хитозаном называют хитин с СД>0,5, полностью ацетилированный хитин (поли-N-ацетил-D-глюкозамин) иногда называют хитаном [McLachlam I. Chitin fibres in Cyclotella cryptica and growth of Cyclotella and Thalassiosira fluviatis / I.McLachlam, J.S.Craigie // Some contemporary studies in marine science: a collection of original scientific papers. - London, 1966. - P.511-517].The degree of conversion of chitin to chitosan is characterized by the degree of deacetylation (DM), which is determined by potentiometric and conductometric titration, elemental analysis, IR spectroscopy, pyrolytic gas chromatography. Chitosan is usually called chitin with diabetes mellitus> 0.5, fully acetylated chitin (poly-N-acetyl-D-glucosamine) is sometimes called chitan [McLachlam I. Chitin fibers in Cyclotella cryptica and growth of Cyclotella and Thalassiosira fluviatis / I. McLachlam, JS Craigie // Some contemporary studies in marine science: a collection of original scientific papers. - London, 1966. - P.511-517].
Реакция деацетилирования наряду с отщеплением ацетильных групп сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера, т.е. уменьшением молекулярной массы, изменением надмолекулярной структуры, степени кристалличности. Гетерогенность или гомогенность реакции деацетилирования оказывает существенное влияние на молекулярно-массовое распределение, СД и ее полидисперсность в объеме образца, что приводит к различию таких свойств хитозана как кристалличность, способность к набуханию и растворимость [Куприна Е.Э. Способы получения и активации хитина и хитозана / Е.Э.Куприна, С.В.Водолажская // Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. - М., 2002. - С.44-63]. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе и по СД полимер D-глюкозамина, содержащий некоторое количество недеацелированных ацетамидных групп [Нудьга Л.А. Получение хитозана и изучение его фракционного состава / Л.А.Нудьга, Е.А.Плиско, С.Н.Данилов // Журн. общей химии. - 1971. - Т.41, вып.11. - С.2555-2558]. Известно, что хитозан с большей молекулярной массой образует пленки и волокна с меньшей степенью кристалличности, размерами кристаллитов и большей их дефектностью. Более однородным состоянием, лучшими прочностными показателями характеризуются хитозаны с большей степенью деацетилирования: степень кристалличности хитозана снижается с 70-85% до 40-60% при СД<0,85 и повышается до 90% при СД>0,95 [Samuels R.J. Solid State Characterization of the Structure of Chitosan Films / R.J.Samuels // J. of polymer, sci. Part B: Polymer physics. - 1981. - Vol.19, №7. - P.1081-1105; Roberts G.F.A.Chitin Chemistry / G.F.A.Roberts. - London: Macmillan Press, 1992. - 352 р]. Под гибкостью понимается способность макромолекулы изменять свою конформацию в результате внутримолекулярного теплового движения (термодинамическая гибкость) или под действием внешних сил (кинетическая гибкость). Наиболее часто для характеристики гибкости цепи используют длину термодинамического сегмента (сегмента Куна) [Тутов И.И. Химия и физика полимеров: учеб. пособие / И.И.Тутов, Г.И.Костыркина. - М.: Химия, 1989. - 432 с. - Библиогр.: с.429-431]. На основе полученных рентгенограмм было установлено, что хитозан имеет орторомбическую элементарную ячейку (а=0,89, b=1,70, c=1,025 нм, ось макромолекулы совпадает с осью с) с двухскладчатым спиральным расположением макромолекул (Фиг.12). Группы -CH2OH образуют в равных количествах связи как внутри слоя, так и между слоями. Однако -CH2OH группы образуют водородные связи между цепями только в слое, между слоями - лишь слабое Ван-дер-Ваальсовое взаимодействие, этим объясняется меньшая упорядоченность и прочность структуры β-хитина. Наличие аминогрупп в хитозане является причиной образования сильных по энергии водородных связей в его структуре [Sakanishi К. Comparison of the hydrotermal decomposition reactivities of chitin and cellulose / K.Sakanishi, N.Ikeyama, T.Sakaki et al. // Industr. eng. chem. res. - 1999. - Vol.38, №6. - P.2177-2181]. Таким образом, полисахарид хитозан имеет упорядоченную систему внутри- и межмолекулярных Н-связей, что приводит к образованию высокоупорядоченных, называемых кристаллическими, областей хитозана.The deacetylation reaction, along with the removal of acetyl groups, is accompanied by the simultaneous breakdown of the glycosidic bonds of the polymer, i.e. a decrease in molecular weight, a change in the supramolecular structure, degree of crystallinity. Heterogeneity or homogeneity of the deacetylation reaction has a significant effect on the molecular weight distribution, diabetes and its polydispersity in the sample volume, which leads to a difference in chitosan properties such as crystallinity, swelling ability and solubility [E. Kuprina Methods of obtaining and activation of chitin and chitosan / E.E. Kuprina, S.V. Vodolazhskaya // Chitin and chitosan: production, properties and application. - M., 2002. - P.44-63]. Thus, chitosan is a polymer of D-glucosamine, polydisperse in molecular weight and in diabetes, containing a certain amount of undecelated acetamide groups [L. Nudga. Obtaining chitosan and the study of its fractional composition / L.A. Nudiga, E.A. Plisko, S.N. Danilov // Zhurn. general chemistry. - 1971. - T.41, issue 11. - S.2555-2558]. It is known that chitosan with a higher molecular weight forms films and fibers with a lower degree of crystallinity, crystallite sizes and greater defectiveness. Chitosans with a greater degree of deacetylation are characterized by a more homogeneous state and better strength indices: the degree of crystallinity of chitosan decreases from 70-85% to 40-60% for diabetes <0.85 and increases to 90% for diabetes> 0.95 [Samuels RJ Solid State Characterization of the Structure of Chitosan Films / RJSamuels // J. of polymer, sci. Part B: Polymer physics. - 1981. - Vol.19, No. 7. - P.1081-1105; Roberts GFAChitin Chemistry / GFARoberts. - London: Macmillan Press, 1992. - 352 p]. By flexibility is meant the ability of a macromolecule to change its conformation as a result of intramolecular thermal motion (thermodynamic flexibility) or under the influence of external forces (kinetic flexibility). Most often, to characterize the flexibility of the chain, the length of the thermodynamic segment (Kuhn segment) is used [Tutov II. Chemistry and physics of polymers: textbook. allowance / I.I.Tutov, G.I. Kostyrkina. - M .: Chemistry, 1989 .-- 432 p. - Bibliography: p. 429-431]. Based on the obtained X-ray diffraction patterns, it was found that chitosan has an orthorhombic unit cell ( a = 0.89, b = 1.70, c = 1.025 nm, the axis of the macromolecule coincides with the axis c) with a bifold spiral arrangement of macromolecules (Figure 12). The —CH 2 OH groups form equal amounts of bonds both within the layer and between the layers. However, the -CH 2 OH groups form hydrogen bonds between chains only in the layer, between the layers only weak van der Waals interaction, this explains the lower ordering and structural strength of β-chitin. The presence of amino groups in chitosan is the reason for the formation of strong energy hydrogen bonds in its structure [Sakanishi K. Comparison of the hydrotermal decomposition reactivities of chitin and cellulose / K.Sakanishi, N. Ikeyama, T. Sakaki et al. // Industr. eng. chem. res. - 1999. - Vol. 38, No. 6. - P.2177-2181]. Thus, the chitosan polysaccharide has an ordered system of intra- and intermolecular H bonds, which leads to the formation of highly ordered, called crystalline, chitosan regions.
На основании данных по сорбции воды хитином и хитозаном [Марьин А.П. Сорбционные свойства хитина и хитозана, полученных из различных природных источников / А.П.Марьин, Е.П.Феофилова // I Всесоюз. конф. по производству и использованию хитина и хитозана из панциря криля и других ракообразных: тез докл. - Владимир, 1983. - С.75-78] оценена их степень кристалличности, которая составила соответственно 60 и 35-40%, то есть у хитозана степень кристалличности меньшая. Это подтверждают и данные по энтальпиям взаимодействия указанных полимеров с водой [Шмаков А.В. Термохимия координационных соединений целлюлозы в процессах ее переработки в растворах: дис. канд. хим. наук / Шмаков А.В.; ЛТИЦБП. - Л., 1991. - 167 с.], на основании которых можно предполагать, что степень кристалличности уменьшается в ряду хитин > хитозан.Based on data on the sorption of water by chitin and chitosan [Maryin A.P. Sorption properties of chitin and chitosan obtained from various natural sources / A.P. Maryin, E.P. Feofilova // I All-Union. conf. on the production and use of chitin and chitosan from the shell of krill and other crustaceans: abstracts. - Vladimir, 1983. - S.75-78] evaluated their degree of crystallinity, which amounted to 60 and 35-40%, respectively, that is, chitosan has a lower degree of crystallinity. This is also confirmed by the data on the enthalpies of the interaction of these polymers with water [Shmakov A.V. Thermochemistry of coordination compounds of cellulose in the processes of its processing in solutions: dis. Cand. Chem. Sciences / Shmakov A.V .; LTITsBP. - L., 1991. - 167 p.], On the basis of which it can be assumed that the degree of crystallinity decreases in the order chitin> chitosan.
Высокая молекулярная масса, линейность макромолекул и возможность формирования упорядоченной надмолекулярной структуры предопределяют хорошие пленко- и волокнообразующие свойства хитозана [Muzzarelli R.A.A. Chitin / R.A.A.Muzzarelli - Oxford: Pergamon Press, 1977. - Subject Index. - P.307-309]. Растворимость хитозана обусловлена наличием основной аминогруппы, которая протонируется в сильнокислой среде, что приводит к разрыву соответствующих водородных связей в надмолекулярной структуре хитозана. Хитозан растворяется в разбавленных растворах органических и неорганических кислот: уксусной, муравьиной, лимонной, пропионовой, молочной, соляной и некоторых других [Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry. - 6-th, completely rev. ed. / ed. Advisory board: Matthias Bonnet et al. - Weinheim: Willey-VCH, 2003. - Vol.7: Cement and concrete to Chitin and chitosan. - P.683-687: ill].The high molecular weight, linearity of macromolecules and the possibility of forming an ordered supramolecular structure determine the good film and fiber-forming properties of chitosan [Muzzarelli R.A.A. Chitin / R.A. A. Muzzarelli - Oxford: Pergamon Press, 1977 .-- Subject Index. - P.307-309]. The solubility of chitosan is due to the presence of a basic amino group, which is protonated in a strongly acidic medium, which leads to the breaking of the corresponding hydrogen bonds in the supramolecular structure of chitosan. Chitosan is soluble in dilute solutions of organic and inorganic acids: acetic, formic, citric, propionic, lactic, hydrochloric and some others [Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry. - 6-th, completely rev. ed. / ed. Advisory board: Matthias Bonnet et al. - Weinheim: Willey-VCH, 2003 .-- Vol. 7: Cement and concrete to Chitin and chitosan. - P.683-687: ill].
При исследовании зависимости параметров надмолекулярных частиц растворов хитозана в уксусной кислоте от величины pH среды установлено, что с уменьшением pH (3,5-4) снижаются мутность и средний размер частиц, а количество частиц возрастает. Здесь же показано, что при хранении растворов хитозана их приведенная вязкость заметно понижается в течение 30 суток, затем падение вязкости замедляется [Скляр A.M. Исследование реологических свойств разбавленных и умеренно концентрированных растворов хитозана / А.М.Скляр, А.И.Гамзазаде, Л.З.Роговина и др. // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. - 1981. - Т.23, №6. - С.1396-1403].When studying the dependence of the parameters of supramolecular particles of solutions of chitosan in acetic acid on the pH of the medium, it was found that with decreasing pH (3.5-4) the turbidity and average particle size decrease, and the number of particles increases. It is also shown here that during storage of chitosan solutions their reduced viscosity decreases noticeably within 30 days, then the viscosity drop slows down [Sklyar A.M. Investigation of the rheological properties of dilute and moderately concentrated solutions of chitosan / A.M. Sklyar, A.I. Gamzazade, L.Z. Rogovina, etc. // High molecular weight compounds. Ser. A. - 1981. - T.23, No. 6. - S.1396-1403].
Для перевода полимера в нерастворимую в воде форму полиоснования О-форма) пленки и волокна обрабатывают растворами оснований, модифицируют сшивающими реагентами или подвергают термообработке, с последующим переводом полимера в водонерастворимую форму полиоснования (О-форма) различными способами [Зоткин М.А. Термомодификация и исследование строения хитозановых пленок / М.А.Зоткин, Г.А.Вихорева, Т.В.Смотрина и др. // Химические волокна. - 2004. - №1. - С.14-18; Агеев Е.П. Структура и транспортные свойства хитозановых пленок, модифицированных термообработкой / Е.П.Агеев, Г.А.Вихорева, М.А.Зоткин и др. // Высокомолекулярные соединения. Сер. А и Сер. Б. - 2004. - Т.46, №12. - С.2035-2041].To convert the polymer into a water-insoluble polybase form (O-form), films and fibers are treated with base solutions, modified with cross-linking agents, or heat-treated, followed by transfer of the polymer into a water-insoluble polybase (O-form) in various ways [Zotkin MA Thermal modification and study of the structure of chitosan films / M.A. Zotkin, G.A. Vikhoreva, T.V. Smotrina and others // Chemical fibers. - 2004. - No. 1. - S.14-18; Ageev E.P. The structure and transport properties of chitosan films modified by heat treatment / E.P. Ageev, G.A. Vikhoreva, M.A. Zotkin and others // High-molecular compounds. Ser. A and Ser. B. - 2004. - T. 46, No. 12. - S.2035-2041].
При испарении жидкости на последних стадиях отверждения поры сжимаются и исчезают под действием сил контракции (Фиг.13). Таким образом, варьируя условия формования и последующих обработок, можно превратить пленки и волокна хитозана в гомогенные или, наоборот, стабилизировать развитую пористую структуру. Для хитозана характерно явление уменьшения гетерогенности после прогрева пленок. Криптогетерогенностью хитозановых пленок объяснятся такие их свойства, как высокая скорость набухания в водных средах, явление синерзиса и помутнения при набухании свежесформованных пленок, а также изменение селективности при первапорационном разделении водно-органических систем [Вихорева Г.А. Фазовое состояние и реологические свойства системы хитозан-уксусная кислота-вода / Г.А.Вихорева, О.М.Пчелко, С.З.Роговина и др. // Высокомолекулярные соединения. Сер.А и Сер.Б. - 2001. - Т.43, №6. - С.1079-1084]. Сорбционные свойства хитозановых пленок не только представляют практический интерес, но и наиболее полно отражают их структурные особенности. Термодинамика взаимодействия с водой пленок уксуснокислых солей хитозанов отличается по молекулярной массе и степени деацетилирования. Поглощение паров воды зависит от количества функциональных групп в полимере и их доступности. Данные изотерм сорбции показывают, что ацетаты хитозана поглощают воду даже при очень малом давлении паров. Рассчитанные энергии Гиббса смешения хитозана с водой, свидетельствуют о самопроизвольном протекании процесса сорбции паров воды образцами хитозана. Таким образом, пленки хитозана находящегося в солевой форме, самопроизвольно растворяются в воде и изменение молекулярной массы полимера практически не влияет на его растворимость. Во всем диапазоне активностей пара наблюдается молекулярный механизм поглощения воды. Коэффициент диффузии воды в полимерную матрицу увеличивается при повышении ее содержания за счет пластифицирующего действия. Свежесформованная пленка хитозана в С-форме имеет рентгенодифрактограмму с увеличенными, в сравнении с межплоскостными расстояниями, рассчитанными по основным рефлексам при 2θ=8,3° и 18,4°. Это связано с наличием у протонированных аминогрупп объемных ацетат-ионов и, как следствие, смещением цепей в решетке.During the evaporation of the liquid in the last stages of curing, the pores are compressed and disappear under the action of contraction forces (Fig. 13). Thus, by varying the conditions of molding and subsequent processing, it is possible to turn films and fibers of chitosan into homogeneous ones or, on the contrary, to stabilize the developed porous structure. Chitosan is characterized by the phenomenon of a decrease in heterogeneity after heating of the films. The crypto-heterogeneity of chitosan films explains their properties such as a high swelling rate in aqueous media, the phenomenon of synergism and turbidity during swelling of freshly formed films, as well as a change in selectivity during pervaporation separation of aqueous-organic systems [G. Vikhoreva Phase state and rheological properties of the chitosan-acetic acid-water system / G.A. Vikhoreva, O.M. Pchelko, SZ Rogovina, etc. // High-molecular compounds. Ser.A and Ser.B. - 2001. - T. 43, No. 6. - S.1079-1084]. The sorption properties of chitosan films are not only of practical interest, but also most fully reflect their structural features. The thermodynamics of the interaction of water films of acetic salts of chitosans differs in molecular weight and degree of deacetylation. The absorption of water vapor depends on the number of functional groups in the polymer and their availability. Data from sorption isotherms show that chitosan acetates absorb water even at very low vapor pressures. The calculated Gibbs energies of mixing chitosan with water indicate a spontaneous course of the process of sorption of water vapor by chitosan samples. Thus, films of chitosan in salt form spontaneously dissolve in water and a change in the molecular weight of the polymer has practically no effect on its solubility. In the entire range of steam activities, the molecular mechanism of water absorption is observed. The coefficient of diffusion of water into the polymer matrix increases with an increase in its content due to the plasticizing effect. The freshly formed C-form chitosan film has an X-ray diffraction pattern with increased, in comparison with interplanar distances, calculated from the main reflections at 2θ = 8.3 ° and 18.4 °. This is due to the presence of bulky acetate ions in protonated amino groups and, as a consequence, the displacement of chains in the lattice.
Растворимость хитозана в кислых водных средах существенно облегчает его переработку в пленки или волокна, однако растворимость готовых пленок (волокон) в воде, в ряде случаев является их недостатком, поэтому для повышения устойчивости хитозановых пленок (волокон) в кислых средах проводят их модифицирование сшивающими реагентами [Uragami Т. Chitin and chitosan. Sources, chemistry, biochemistry, physical properties and applications // Elsevier. - 1980. - P.783-792; Ghazali M. Pervaporation dehydration of isopropanol with chitosan membranes / M.Ghazali, M.Nawawi, R.Y.M.Huang // J. Membrane science. - 1997. - Vol.124. - P.53-62] или термообработкой [Агеев Е.П. Структура и транспортные свойства хитозановых пленок, модифицированных термообработкой / Е.П.Агеев, Г.А.Вихорева, М.А.Зоткин и др. // Высокомолекулярные соединения. Сер.А и Сер.Б. - 2004. - Т.46, №12. - С.2035-2041; Зоткин М.А. Термомодификация и исследование строения хитозановых пленок / М.А.Зоткин, Г.А.Вихорева, Т.В.Смотрина // Химические волокна. - 2004. - №1. - С.14-18]. Такое модифицирование приводит к повышению селективности хитозановых мембран, поскольку при набухании в них формируются более стабильные транспортные каналы. Однако сшивка или термообработка, снижая набухание и растворимость, часто приводит к повышению хрупкости полимеров и их жесткости. Поэтому оправданным при получении пленок и волокон является добавление к хитозану водорастворимых синтетических полимеров, что позволяет регулировать в широком диапазоне их гидрофильность, стабильность в кислых средах, физико-механические и комплексообразующие свойства.The solubility of chitosan in acidic aqueous media greatly facilitates its processing into films or fibers, however, the solubility of finished films (fibers) in water, in some cases, is their drawback, therefore, to increase the stability of chitosan films (fibers) in acidic media, they are modified with cross-linking agents [ Uragami T. Chitin and chitosan. Sources, chemistry, biochemistry, physical properties and applications // Elsevier. - 1980. - P.783-792; Ghazali M. Pervaporation dehydration of isopropanol with chitosan membranes / M. Ghazali, M. Nawawi, R. Y. M. Huang // J. Membrane science. - 1997 .-- Vol. 124. - P.53-62] or heat treatment [Ageev EP The structure and transport properties of chitosan films modified by heat treatment / E.P. Ageev, G.A. Vikhoreva, M.A. Zotkin and others // High-molecular compounds. Ser.A and Ser.B. - 2004. - T. 46, No. 12. - S.2035-2041; Zotkin M.A. Thermal modification and study of the structure of chitosan films / M.A. Zotkin, G.A. Vikhoreva, T.V. Smotrina // Chemical fibers. - 2004. - No. 1. - S.14-18]. Such a modification leads to an increase in the selectivity of chitosan membranes, since more stable transport channels are formed during swelling. However, crosslinking or heat treatment, reducing swelling and solubility, often leads to an increase in the fragility of polymers and their rigidity. Therefore, it is justified in the preparation of films and fibers that water-soluble synthetic polymers are added to chitosan, which makes it possible to control their hydrophilicity, stability in acidic media, and physicomechanical and complexing properties in a wide range.
При получении смесей полимеров, независимо от их свойств и происхождения, встает вопрос о совместимости компонентов и стабильности смеси, которая, в конечном счете, обусловливает ее свойства. Термин «совместимость» по отношению к полимерной композиции подразумевает образование термодинамически устойчивой системы полимер - полимер за счет взаимодействия между макромолекулами обоих компонентов [Кулезнев В.Н. Смеси полимеров / В.Н.Кулезнев. - М.: Химия, 1980. - 304 с; Чалых А.Е. Диаграммы фазового состояния полимерных систем: справ. / А.Е.Чалых, В.К.Герасимов, Ю.М.Михайлов. - М.: Янус-К, 1998. - 215 с]. Химическая комбинация природного и синтетических полимеров позволяет получать новые материалы для использования в биомедицинских и технических целях. С возрастанием содержания синтетического полимера в смеси с хитозаном начальные и конечные температуры разложения смещаются в область более высоких температур. Также изменяются физико-механические свойства волокон (пленок) при добавлении синтетического полимера. В исследуемых образцах предел прочности сначала увеличивается при добавлении 14% масс. 2-гидроксиэтилметакрилата и составляет 334,5 кг/см2 (для чистой пленки хитозана этот предел 281,6 кг/см2), а затем снижается по мере увеличения содержания синтетического компонента до 58% масс., достигая минимума 221,7 кг/см2. При этом разрывное удлинения пленок с увеличением содержания синтетического полимера в смеси уменьшается на 33%.Upon receipt of polymer mixtures, regardless of their properties and origin, the question arises of the compatibility of the components and the stability of the mixture, which, ultimately, determines its properties. The term "compatibility" in relation to the polymer composition implies the formation of a thermodynamically stable polymer-polymer system due to the interaction between the macromolecules of both components [V. Kuleznev Mixtures of polymers / V.N. Kuleznev. - M .: Chemistry, 1980 .-- 304 s; Chalykh A.E. Phase diagrams of polymer systems: ref. / A.E. Chalykh, V.K. Gerasimov, Yu.M. Mikhailov. - M .: Janus-K, 1998. - 215 s]. The chemical combination of natural and synthetic polymers allows to obtain new materials for use in biomedical and technical purposes. With an increase in the content of the synthetic polymer in a mixture with chitosan, the initial and final decomposition temperatures shift to the region of higher temperatures. The physical and mechanical properties of the fibers (films) also change with the addition of a synthetic polymer. In the test samples, the ultimate strength first increases with the addition of 14% of the mass. 2-hydroxyethyl methacrylate and is 334.5 kg / cm 2 (for a clean chitosan film this limit is 281.6 kg / cm 2 ), and then decreases as the content of the synthetic component increases to 58% by weight, reaching a minimum of 221.7 kg / cm 2 . In this case, the elongation of the films with an increase in the content of the synthetic polymer in the mixture decreases by 33%.
Степень кристалличности волокон (пленок) из смесей полимеров, рассчитанная из данных рентгеноструктурного анализа, при увеличении содержания 2-гадроксиэтилметакрилата от 14 до 58% масс., уменьшается с 51,3 до 39,1%. На уменьшение степени кристалличности образцов может влиять присутствие объемных молекулярных цепочек синтетического полимера в матрице хитозана.The degree of crystallinity of the fibers (films) from polymer blends, calculated from the data of X-ray diffraction analysis, with an increase in the content of 2-hydroxyethyl methacrylate from 14 to 58 wt%, decreases from 51.3 to 39.1%. The presence of bulk molecular chains of a synthetic polymer in the chitosan matrix may affect the degree of crystallinity of the samples.
Поливиниловый спирт - пленкообразующий синтетический полимер с молекулярной массой 5-200 кДа (Фиг.14). Поскольку технологический процесс получения ПВС связан с омылением поливинилацетата, то остаточное количество ацетатных групп, характеризуемое степенью деацетилирования, и их распределение влияет на свойства полимера, такие как температура плавления и стеклования, поверхностное натяжение водных растворов и другие. Степень кристалличности ПВС достигает 30-70% и также зависит от структуры и истории получения образца. Различают две группы образцов ПВС, для которых степень деацетилирования составляет 98 мол.% и 87-89 мол.% соответственно. Полностью омыленный ПВС плавится при более высокой температуре и имеет меньшую растворимость в воде [Fujii К. Tacticity of Polyvinyl alcohol) Studied by Nuclear Magnetic Resonance of Hydroxyl Protons / K.Fujii, S.Imoto, J.Ukida, M.Matsumoto // Macromolecules. - 1972. - №5. - P.577-580; Tubbs K.R. Sequence distribution of partially hydrolyzed polyvinyl acetate) // J. of polymer sci. Part A-1: Polymer chemistry ed. - 1966. - Vol.4, №3. - P.623-629]. ПВС обладает хорошими пленко- и волокнообразующими свойствами, что обусловливает его применение. Анализ зависимости эффективной вязкости растворов смеси от содержания ПВС показал, что наиболее интенсивное взаимодействие разнородных макромолекул наблюдается при относительно небольшом содержании ПВС. Также показано, что волокна с содержанием ПВС до 20% мол. являются более прочными и эластичными по сравнению с чисто хитозановыми. Смеси хитозан - поливиниловый спирт с малым содержанием последнего микрогетерогенны, содержат кристаллические области как ПВС, так и хитозана, и вместе с тем в смесях проявляется интерполимерное взаимодействие. Это может рассматриваться как тонкая дисперсия типа «твердое в твердом». Результаты механических испытаний свидетельствуют об улучшении физико-механических свойств пленок и волокон при больших массовых долях синтетического компонента. При использовании пленок и волокон смесей хитозан - ПВС в качестве полимерной подложки для фармацевтического препарата, спектрофотометрическим методом было установлено, что антибиотик выходит с большей скоростью и в большем количестве из пленок смесей содержащих 80% ПВС, что говорит о пониженной плотности упаковки, и соответственно лучших транспортных свойствах данных пленок.Polyvinyl alcohol is a film-forming synthetic polymer with a molecular weight of 5-200 kDa (Fig.14). Since the technological process for the production of PVA is associated with the saponification of polyvinyl acetate, the residual amount of acetate groups, characterized by the degree of deacetylation, and their distribution affects the properties of the polymer, such as the melting and glass transition temperatures, surface tension of aqueous solutions, and others. The degree of crystallinity of PVA reaches 30-70% and also depends on the structure and history of the sample. Two groups of PVA samples are distinguished, for which the degree of deacetylation is 98 mol.% And 87-89 mol.%, Respectively. Fully saponified PVA melts at a higher temperature and has less solubility in water [Fujii K. Tacticity of Polyvinyl alcohol) Studied by Nuclear Magnetic Resonance of Hydroxyl Protons / K. Fujii, S. Imoto, J. Ukida, M. Matsumoto // Macromolecules . - 1972. - No. 5. - P.577-580; Tubbs K.R. Sequence distribution of partially hydrolyzed polyvinyl acetate) // J. of polymer sci. Part A-1: Polymer chemistry ed. - 1966. - Vol.4, No. 3. - P.623-629]. PVA has good film and fiber-forming properties, which determines its use. An analysis of the dependence of the effective viscosity of the mixture solutions on the PVA content showed that the most intense interaction of heterogeneous macromolecules is observed at a relatively low PVA content. It is also shown that fibers with a PVA content of up to 20 mol%. are more durable and elastic compared to pure chitosans. Mixtures of chitosan - polyvinyl alcohol with a low content of the latter are microheterogeneous, contain crystalline regions of both PVA and chitosan, and at the same time, interpolymer interaction is manifested in the mixtures. This can be considered as a fine dispersion of the type "solid in solid". The results of mechanical tests indicate an improvement in the physicomechanical properties of films and fibers with large mass fractions of the synthetic component. When using films and fibers of chitosan - PVA mixtures as a polymer substrate for a pharmaceutical preparation, it was found by spectrophotometric methods that the antibiotic exits at a faster rate and in a larger number of films of mixtures containing 80% PVA, which indicates a reduced packing density, and, accordingly, the best transport properties of these films.
Полиэтиленоксид (ПЭО) - гибкоцепный неволокнообразующий полимер, используемый при смешении с другими полимерами как пластификатор. (Фиг.15) Макромолекулы ПЭО образуют сферолиты, состоящие из ячеек, образованных из четырех молекулярных цепочек. ПЭО является нетоксичным по отношению к организму человека, используется в производстве косметических средств и гигиенических принадлежностей, для получения защитных покрытий, селективных мембран, ранозаживляющих пластырей [Polyoxyalkylenes // Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry. - 6-th completely rev. ed. - Weinheim, 2003. - Vol.28: Polyacrylates to polyurethanes. - P.497-509; Yoshinaga K. Effects of Polyethylene Glycol Substitution on Enzyme Activity / K.Yoshinaga, G.S.Shafer, J.M.Harris // Journal of Bioactive and Compatible Polymers. - 1987. - №2. - P.49-56]. Хитозан с добавлением гибкоцепного ПЭО обладают хорошими физико-механическими характеристиками и селективностью при разделении водно-спиртовых смесей. Присутствие синтетического полимера улучшает сорбционно-диффузионные свойства пленок. Доказательством служат полученные кинетические кривые набухания, характерные для ограниченно набухающих полимеров [Кравченко О.А. Сорбционно-диффузионные свойства смесей хитозана с полизтиленоксидом / О.А.Кравченко, П.Е.Ламмерт, И.С.Тюкова и др. // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тез. докл. 15 Рос. студенч. науч. конф., посвящ. 85-летию Урал. гос. ун-та им. А.М.Горького. - Екатеринбург, 2005. - С.250-251]. Наибольшая прочность наблюдалась при содержании ПЭО около 20% масс. Аналогичным образом изменяется кривая зависимости относительного удлинения пленок и волокон при разрыве от их состава. При введении в хитозан около 20% масс. ПЭО наблюдается улучшение физико-механических свойств волокон. Улучшение механических свойств пленок при относительно небольшом содержании ПЭО связано с упорядочиванием структуры синтетического полимера, который играет роль пластификатора. Для создания биоразлагаемых полимерных материалов большой интерес представляет биосовместимый полисахарид хитозан - продукт деацетилирования хитина, обладающий гемостатическими, бактерицидными, фунгицидными свойствами, проявляющий биологическую и сорбционную активность, обладающий хорошими пленко- и волокнообразующими свойствами.Polyethylene oxide (PEO) is a flexible chain non-fiber forming polymer used as a plasticizer when mixed with other polymers. (Fig. 15) PEO macromolecules form spherulites consisting of cells formed of four molecular chains. PEO is non-toxic to the human body, used in the manufacture of cosmetics and hygiene products, to obtain protective coatings, selective membranes, wound healing plasters [Polyoxyalkylenes // Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry. - 6-th completely rev. ed. - Weinheim, 2003. - Vol. 28: Polyacrylates to polyurethanes. - P.497-509; Yoshinaga K. Effects of Polyethylene Glycol Substitution on Enzyme Activity / K. Yoshinaga, G. S. Schafer, J. M. Harris // Journal of Bioactive and Compatible Polymers. - 1987. - No. 2. - P. 49-56]. Chitosan with the addition of a flexible chain PEO have good physical and mechanical characteristics and selectivity in the separation of water-alcohol mixtures. The presence of a synthetic polymer improves the sorption-diffusion properties of the films. The proof is the obtained kinetic swelling curves characteristic of boundedly swelling polymers [O. Kravchenko Sorption-diffusion properties of mixtures of chitosan with poly (ethylene oxide) / O.A. Kravchenko, P.E. Lammert, I.S. Tyukova and others // Problems of theoretical and experimental chemistry: abstract. doc. 15 Ros. student scientific Conf. The 85th anniversary of the Urals. state University of them. A.M. Gorky. - Yekaterinburg, 2005. - S.250-251]. The highest strength was observed with a PEO content of about 20% of the mass. The dependence of the relative elongation of films and fibers upon rupture on their composition changes in a similar way. When introduced into chitosan about 20% of the mass. PEO there is an improvement in the physical and mechanical properties of the fibers. The improvement of the mechanical properties of the films with a relatively low PEO content is associated with the ordering of the structure of the synthetic polymer, which plays the role of a plasticizer. To create biodegradable polymeric materials, biocompatible chitosan polysaccharide is of great interest - a product of chitin deacetylation that has hemostatic, bactericidal, fungicidal properties, exhibits biological and sorption activity, and has good film and fiber-forming properties.
Хитозан характеризуется как частично кристаллический полимер, макромолекулы которого имеет упорядоченную систему внутри- и межмолекулярных водородных связей. Для получения формованных изделий из хитозана необходима его переработка через растворение, так как гипотетическая температура его плавления лежит выше температуры разложения, с последующей регенерацией из растворов. Хитозан растворяется в разбавленных растворах органических и неорганических кислот. Растворы хитозана при сравнительно низких концентрациях полисахарида являются неньтоновскими жидкостями, обладают структурной вязкостью и проявляют полиэлектролитные свойства.Chitosan is characterized as a partially crystalline polymer, whose macromolecules has an ordered system of intra- and intermolecular hydrogen bonds. To obtain molded products from chitosan, it is necessary to process it through dissolution, since the hypothetical temperature of its melting lies above the decomposition temperature, followed by regeneration from solutions. Chitosan is soluble in dilute solutions of organic and inorganic acids. Chitosan solutions at relatively low concentrations of polysaccharide are non-Nton liquids, have structural viscosity and exhibit polyelectrolyte properties.
Добавление к хитозану водорастворимых синтетических полимеров при растворении, приводит к повышению стабильности пленок и волокон в кислых средах, улучшает их физико-механические свойства и гидрофильность.Adding water-soluble synthetic polymers to chitosan upon dissolution leads to an increase in the stability of films and fibers in acidic media, and improves their physicomechanical properties and hydrophilicity.
При эдектроформовании проводится и процесс отверждения: или за счет охлаждения ниже температуры стеклования полимера, или за счет удаления растворителя (путем его испарения или замещения).During electrodeformation, the curing process is also carried out: either by cooling below the glass transition temperature of the polymer, or by removing the solvent (by evaporation or substitution).
Как показана на Фиг.16 - электроформование (ЭФ) это процесс, который приводит к формированию нановолокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава.As shown in Fig. 16, electroforming (EF) is a process that leads to the formation of nanofibers as a result of the action of electrostatic forces on an electrically charged stream of a polymer solution or melt.
Высокое напряжение индуцирует в растворе полимера одноименные электрические заряды, которые, в результате кулоновского электростатического взаимодействия, приводят к вытягиванию раствора полимера в тонкую струю. В процессе электростатического вытягивания полимерной струи она может претерпевать ряд последовательных расщеплений на более тонкие струи при определенном соотношении значений вязкости, поверхностного натяжения и плотности электрических зарядов (или напряженности электростатического поля) в волокне. Полученные струи отверждаются за счет испарения растворителя или в результате охлаждения, превращаясь в волокна, и под действием электростатических сил дрейфуют к заземленной подложке, имеющей противоположное значение электрического потенциала. Осадительный электрод (коллектор) должен иметь хорошую электрическую проводимость, но может иметь различную форму: в виде стержня, плоскости или цилиндра, так же он может быть сплошным или в виде сетки, твердым, или жидким, стационарным или движущимся.High voltage induces in the polymer solution the same electric charges, which, as a result of the Coulomb electrostatic interaction, lead to the drawing of the polymer solution into a thin stream. In the process of electrostatic drawing of a polymer jet, it can undergo a series of successive splitting into thinner jets with a certain ratio of viscosity, surface tension and electric charge density (or electrostatic field strength) in the fiber. The resulting jets are cured by evaporation of the solvent or as a result of cooling, turning into fibers, and under the action of electrostatic forces drift to a grounded substrate having the opposite value of the electric potential. The deposition electrode (collector) must have good electrical conductivity, but can have a different shape: in the form of a rod, plane or cylinder, it can also be solid or in the form of a grid, solid or liquid, stationary or moving.
Важными особенностями процесса электроформования являются:Important features of the electroforming process are:
1) выбор растворителя: давление пара растворителя должно быть таким, чтобы растворитель испарялся достаточно быстро, чтобы обеспечить отверждение волокон пока они достигнут коллектора, но не слишком быстро, чтобы позволить максимальное вытягивание волокон вплоть до нанометрового размера пока они не отвердеют;1) the choice of solvent: the vapor pressure of the solvent should be such that the solvent evaporates fast enough to allow the curing of the fibers until they reach the collector, but not too fast to allow maximum stretching of the fibers down to nanometer size until they cure;
2) оптимальные значения вязкости и поверхностного натяжения раствора полимера: они должны быть ни слишком большими, чтобы обеспечить образование струи, ни слишком малыми, чтобы предотвратить свободное истечение раствора полимера из форсунки-капилляра;2) the optimal values of the viscosity and surface tension of the polymer solution: they must be neither too large to ensure the formation of a jet, nor too small to prevent the free flow of the polymer solution from the nozzle-capillary;
3) электрическое напряжение должно соответствовать вязкости и поверхностному натяжению раствора полимера, чтобы обеспечить формирование и поддержание струи раствора из форсунки-капилляра.3) the electrical voltage must correspond to the viscosity and surface tension of the polymer solution in order to ensure the formation and maintenance of the solution stream from the capillary nozzle.
Важными параметрами, определяющими процесс электроформования, являются гидростатическое давление в капилляре, электропроводность и диэлектрическая проницаемость раствора полимера. Поэтому волокна из предложенного раствора обеспечивают необходимые физико-химические характеристики волокон при относительной простоте процесса электроформования. Кроме того, предложенный раствор и полученные из него волокна позволяют обеспечить этот производственный процесс без распыления и порчи получаемых волокон, а также получение нетканого материала, состоящего из полимерных волокон, диаметр которых может составлять 5-100 нм. При этом получают однородность волокна по длине, при относительной простоте технологии, высокой производительности и низкой стоимости продукции, в сравнении с прочими методами производства нановолокон. Волокна, например, при движущейся подложке можно уложить упорядоченно, что позволит решить задачи по формированию например, протезов.Important parameters that determine the process of electrospinning are the hydrostatic pressure in the capillary, the electrical conductivity and permittivity of the polymer solution. Therefore, the fibers from the proposed solution provide the necessary physico-chemical characteristics of the fibers with the relative simplicity of the electroforming process. In addition, the proposed solution and the fibers obtained from it make it possible to ensure this production process without spraying and spoiling the resulting fibers, as well as obtaining a non-woven material consisting of polymer fibers, the diameter of which can be 5-100 nm. At the same time, fiber uniformity in length is obtained, with the relative simplicity of the technology, high productivity and low cost of production, in comparison with other methods for the production of nanofibers. Fibers, for example, with a moving substrate can be laid in an orderly manner, which will solve the problems of forming, for example, prostheses.
Также применение хитозана в виде порошков, гелей, пленок и волокон обусловлено его биологической активностью и полиэлектролитными свойствами, достигают улучшения физико-химических свойств материалов на основе хитозана. Эти качества достигаются химической модификацией полимера или его смесей с другими полимерами. Смеси хитозана с целлюлозой, полиэлектролитами, поливиниловым спиртом и полиэтиленоксидом. Указанные полимеры обладают биологической инертностью, что очень важно при использовании таких смесей в медицинских целях.Also, the use of chitosan in the form of powders, gels, films and fibers due to its biological activity and polyelectrolyte properties, achieve improved physicochemical properties of materials based on chitosan. These qualities are achieved by chemical modification of the polymer or its mixtures with other polymers. Mixtures of chitosan with cellulose, polyelectrolytes, polyvinyl alcohol and polyethylene oxide. These polymers have biological inertness, which is very important when using such mixtures for medical purposes.
Поскольку получение нановолокон хитозана связано с рядом трудностей: растворы хитозана при концентрации последнего выше 2% масс., имеют высокую вязкость, поверхностное натяжение и электропроводность, что в свою очередь отражается на параметрах процесса электроформования и делает невозможным получение нановолокон из раствора, то эту проблему решает предложенный раствор с его физико-химическими характеристиками.Since the production of chitosan nanofibers is associated with a number of difficulties: chitosan solutions at a concentration of the latter above 2% by mass, have high viscosity, surface tension and electrical conductivity, which in turn affects the parameters of the electrospinning process and makes it impossible to obtain nanofibers from solution, this solves this problem the proposed solution with its physico-chemical characteristics.
Традиционно пытались решить эту проблему, используя для снижения диаметра нановолокон в качестве растворителя трифторуксусную кислоту и хитозан с разной молекулярной массой. Получали средний диаметр волокон составил 74±28 нм, 108±42 нм и 58±20 нм соответственно. Однако желаемый результат не был получен и, кроме того, использование токсичного растворителя как трифторуксусная кислота для получения растворов полимера являлся не пригодным для медицины. Также были попытки использовать 90% уксусную кислоту в качестве растворителя трех видов деминерализованного и депротеинизированного хитозана. При этом равномерные волокна формовались из 7% раствора полимера с молекулярной массой 106 кДа и степенью деацетилирования 54% в 90% уксусной кислоте. Использование других типов хитозана, с молекулярной массой 30 кДа, степенью деацетилирования 56% и 398 кДа, степенью деацетилирования 65% соответственно, не приводило к получению нановолокон. Так при высоких концентрациях уксусной кислоты процесс получения нановолокон, который характеризуется низкой скоростью формования, из-за влияния высокой концентрации (более 90%) УК существенно усложнялся, при этом получали нановолокна диаметром 70-125 нм. Также с увеличением количества хитозана в смеси, увеличиваются диаметры получаемых нановолокон. Для снижения вязкости растворов хитозана, использовались ПЭО и ПАВ. Были получены нетканые материалы, состоящие из смеси хитозана и ПЭО, с 90% содержанием природного полимера. Отмечается, что полученные образцы сохраняют структурную целостность в воде, а также способствуют хорошей адгезии клеточных культур (хондроцитов и остеобластов) и могут быть применены для клеточной инженерии.Traditionally, they tried to solve this problem by using trifluoroacetic acid and chitosan with different molecular weights as a solvent to reduce the diameter of nanofibers. Received the average fiber diameter was 74 ± 28 nm, 108 ± 42 nm and 58 ± 20 nm, respectively. However, the desired result was not obtained and, in addition, the use of a toxic solvent as trifluoroacetic acid to obtain polymer solutions was not suitable for medicine. There have also been attempts to use 90% acetic acid as a solvent for three types of demineralized and deproteinized chitosan. In this case, uniform fibers were formed from a 7% polymer solution with a molecular weight of 106 kDa and a degree of deacetylation of 54% in 90% acetic acid. The use of other types of chitosan, with a molecular weight of 30 kDa, a degree of deacetylation of 56% and 398 kDa, a degree of deacetylation of 65%, respectively, did not lead to the production of nanofibers. So, at high concentrations of acetic acid, the process of producing nanofibers, which is characterized by a low spinning speed, was significantly complicated due to the influence of a high concentration (more than 90%), and nanofibres with a diameter of 70-125 nm were obtained. Also, with an increase in the amount of chitosan in the mixture, the diameters of the resulting nanofibers increase. To reduce the viscosity of chitosan solutions, PEO and surfactants were used. Non-woven materials were obtained, consisting of a mixture of chitosan and PEO, with a 90% content of natural polymer. It is noted that the obtained samples retain structural integrity in water, and also contribute to good adhesion of cell cultures (chondrocytes and osteoblasts) and can be used for cell engineering.
В предложенных способах получения нановолокн применялись следующие типы хатозана (табл.1-5):In the proposed methods for producing nanofibers, the following types of chatosan were used (Table 1-5):
Условное обозначение XT 200Chitosan (N-acetyl-1,4-β-D-glucosamine).
Designation XT 200
И также - Поливинилпирролидон (ПВП) со средней молекулярной массой 360 кДа. Условное обозначение ПВП.And also - Polyvinylpyrrolidone (PVP) with an average molecular weight of 360 kDa. The symbol of the PVP.
Получение волокон осуществляли следующим образом.Obtaining fibers was carried out as follows.
1. Готовили концентрированный раствор уксусной кислоты, для этого ледяную кислоту разбавляли деионизированной водой до необходимой концентрации. Оптимальная концентрация УК для получения нановолокон на основе хитозана составляет 70%.1. A concentrated solution of acetic acid was prepared, for this glacial acid was diluted with deionized water to the desired concentration. The optimal concentration of AC for the production of chitosan-based nanofibers is 70%.
2. Для получения формовочного раствора с концентрацией по хитозану 6-8% для ХТ50 и 4-6% для ХТ200 прибавляли расчетное количество раствора УК. Растворение полимера проводили при перемешивании лопастной мешалкой (600-800 об/мин) при комнатной температуре. Для интенсификации процесса растворения полимера может быть использовано повышение температуры до 50°C и ультразвуковая обработка суспензии в течение 30 мин. Перемешивание продолжают до полного растворения полимера.2. To obtain a molding solution with a chitosan concentration of 6-8% for XT50 and 4-6% for XT200, the calculated amount of CC solution was added. The polymer was dissolved under stirring with a paddle mixer (600-800 rpm) at room temperature. To intensify the process of polymer dissolution, a temperature increase of up to 50 ° C and ultrasonic treatment of the suspension for 30 minutes can be used. Stirring is continued until the polymer is completely dissolved.
3. Для приготовления смесей хитозана и синтетических полимеров смешивали растворы расчетного количества компонентов для получения заданных соотношений, предварительно отфильтровав раствор хитозана и интенсивно перемешивали магнитной мешалкой не менее 180 минут. Перед формованием полученные растворы обезвоздушивали и выдерживали в течение 12 ч при температуре 5-25°C.3. To prepare mixtures of chitosan and synthetic polymers, solutions of the calculated amount of components were mixed to obtain the desired ratios, pre-filtering the chitosan solution and intensively mixed with a magnetic stirrer for at least 180 minutes. Before molding, the resulting solutions were dehydrated and kept for 12 h at a temperature of 5–25 ° C.
4. Получение нетканых материалов проводили на установке состоящей из источника высоковольтного напряжения, дозатора полимерного раствора и приемного электрода. Приемные электрод при этом может быть выполнен в виде неподвижной пластины или вращающегося барабана, диаметром 30-100 мм. В качестве подложки использовали алюминиевую фольгу, нетканый мат из электропроводящего нетканого материала (целлюлоза, и др.). Параметры процесса электропрядения:4. The production of nonwoven materials was carried out on the installation consisting of a high voltage voltage source, a polymer solution dispenser and a receiving electrode. The receiving electrode can be made in the form of a fixed plate or a rotating drum with a diameter of 30-100 mm. The substrate used was aluminum foil, a non-woven mat made of an electrically conductive non-woven material (cellulose, etc.). Electrospinning process parameters:
- напряжение 20-30 кВ;- voltage of 20-30 kV;
- расстояние между электродами 100-200 mm;- the distance between the electrodes is 100-200 mm;
- скорость подачи раствора 0,06-1 мл/мин;- the feed rate of the solution is 0.06-1 ml / min;
- скорость вращения приемного барабана 100-1000 об/мин;- rotation speed of the receiving drum 100-1000 rpm;
- влажность окружающего воздуха 45-65%;- humidity of air is 45-65%;
- температура окружающего воздуха 22-25°C.- ambient temperature 22-25 ° C.
Пример 14. Содержание хитозана в растворе УК составляла 4-6% масс. Безобрывность формования нановолокон обеспечивалась скоростью подачи раствора через капилляр, поддержанием заданной влажности и температуры воздуха, а также вязкостью раствора (3,31 мПа·с), его поверхностным натяжением (31,62 мН/м), а также напряжением электрического поля (35 кВ).Example 14. The content of chitosan in the solution of the criminal code was 4-6% of the mass. The continuity of the formation of nanofibers was ensured by the feed rate of the solution through the capillary, maintaining the specified humidity and air temperature, as well as the viscosity of the solution (3.31 mPa · s), its surface tension (31.62 mN / m), and also the electric field voltage (35 kV )
Пример 15. В качестве второго компонента использовали поливинилпироллидон ПВП. При этом концентрация синтетического компонента в растворе составляла от 5 до 10% масс. Безобрывность формования нановолокон обеспечивалась скоростью подачи раствора через капилляр, поддержанием заданной влажности и температуры воздуха, а также вязкостью раствора (1,63 мПа·с), его поверхностным натяжением (34,98 мН/м), а также напряжением электрического поля (40 кВ).Example 15. As the second component used polyvinylpyrrolidone PVP. The concentration of the synthetic component in the solution was from 5 to 10% of the mass. The continuity of the formation of nanofibers was ensured by the feed rate of the solution through the capillary, maintaining the specified humidity and air temperature, as well as the viscosity of the solution (1.63 mPa · s), its surface tension (34.98 mN / m), and also the electric field voltage (40 kV )
Пример 16. В качестве второго компонента использовали поверхностно активное вещество Тритон Х-100. При этом его в растворе составляла не более 1% масс. Безобрывность формования нановолокон обеспечивалась скоростью подачи раствора через капилляр, поддержанием заданной влажности и температуры воздуха, а также вязкостью раствора (2,75 мПа·с), его поверхностным натяжением (32,14 мН/м), а также напряжением электрического поля (45 кВ).Example 16. As the second component used surfactant Triton X-100. Moreover, it in the solution was not more than 1% of the mass. The continuity of the formation of nanofibers was ensured by the feed rate of the solution through the capillary, maintaining the specified humidity and air temperature, as well as the viscosity of the solution (2.75 mPa · s), its surface tension (32.14 mN / m), and also the electric field voltage (45 kV )
Известно изобретение «Впитывающее изделие, содержащее тонкую пленку, включающую активное вещество», патент RU 2385738, опубл. 10.04.10, МПК A61L 15/44, A61L 15/46, A61L 15/22, A61F 13/15, в котором по меньшей мере, одна часть указанного впитывающего изделия несет пленку, содержащую 2 или более мономолекулярных слоев полимера, имеющего функциональную группу, и активное вещество, в котором пленка получается нанесением слой-на-слой, по меньшей мере, первого полимера. Однако не исключает и не уменьшает снижения рисков повторного травмирования за счет низкой адгезии, более эффективной противовирусной защиты, более эффективного и быстрого заживления раны. Изделие используется для здоровых поверхностей кожи в качестве впитывающей прокладки.The invention is known "Absorbent product containing a thin film comprising an active substance", patent RU 2385738, publ. 04/10/10,
Наиболее близким аналогом является изобретение «Медицинская многослойная повязка и изделия на ее основе», патент RU 2240140, опубл. 20.11.2004, МПК A61L 15/28, A61F 13/00, представляющий собой несколько слоев: слой из биодеградируемого пленочного материала на основе полисахаридного комплекса альгината и хитозана, нанесенный на армирующую атравматичную сетку; слой из микроволокнистого материала с иммобилизованным порошкообразным сорбентом; по крайней мере, один слой абсорбционного нетканого холстопрошивного материала; наружным слоем, обратным по отношению к слою, обращенному к ране, на основе нетканого кислородо- и паропроницаемого, гидрофобного, влагонепроницаемого материала. Позволяет создать многослойную комбинированную повязку для оказания первой медицинской помощи при травматических поражениях, сопровождающихся значительным кровотечением, инфицированием и болевым синдромом в сочетании с радиационно-травматическим поражением. Однако имеют недостаточную универсальность, обладают слабым сорбционным и гемостатическим действием, не устраняют болевой синдром.The closest analogue is the invention "Medical multilayer dressing and products based on it", patent RU 2240140, publ. November 20, 2004,
Для того чтобы достичь высокой способности впитывания жидкости, важно, чтобы впитывающий слой имел высокую моментальную способность впитывания жидкости. Открытые объемные структуры с большими капиллярами имеют высокую моментальную способность впитывания жидкости, и примерами таких материалов являются целлюлозная волокнистая масса термомеханического или хемитермомеханического (СТМР) типа, химически упрочненные целлюлозные волокна, синтетические волокнистые структуры различных видов и пористые пеноматериалы, отвечают этим требованиям, абсорбирующая структура, как правило, состоит из двух или более слоев, имеющих различные свойства.In order to achieve a high liquid absorption capacity, it is important that the absorption layer has a high instantaneous liquid absorption capacity. Open volume structures with large capillaries have a high instant liquid absorption capacity, and examples of such materials are thermomechanical or chemothermomechanical (CTMR) cellulosic pulp, chemically hardened cellulosic fibers, various types of synthetic fibrous structures and porous foams that meet these requirements, an absorbent structure, usually consists of two or more layers having different properties.
Однако наибольшей площадью соприкосновения с тканями раны обладают материалы на основе нановолокон хитозана. Слои изделия должны быть комбинацией слоев с разными свойствами для создания различных типов перевязочных средств (повязок, раневых покрытий, перевязочных бандажей, тампонов), использующих слои в форме гелей, пленок, губок, коллоидных растворов, или материал на основе нановолокон хитозана. Все эти слои могут дополнительно содержать составы для лечения ран, ожогов, лекарственные средства, дерматологические композиции, растительные экстракты, а также служить основой для косметических масок и накладок для компрессов.However, materials based on chitosan nanofibers possess the largest area of contact with wound tissues. Product layers should be a combination of layers with different properties to create different types of dressings (dressings, wound dressings, dressings, tampons) using layers in the form of gels, films, sponges, colloidal solutions, or material based on chitosan nanofibers. All these layers can additionally contain compositions for treating wounds, burns, drugs, dermatological compositions, herbal extracts, and also serve as the basis for cosmetic masks and pads for compresses.
Предложенное медицинское изделие позволяет достичь следующего технического результата:The proposed medical device allows to achieve the following technical result:
- возможности регулирования гидрофильности, стабильности в кислых средах, физико-механических и комплексообразующих свойств;- the ability to control hydrophilicity, stability in acidic environments, physico-mechanical and complexing properties;
- возможности использования в различных областях медицины и биоинженерии, например, в технологиях получения принципиально новых матриксов (скаффолдов), в клеточной инженерии, для получения инкапсулированных лекарственных препаратов, а также- the possibility of use in various fields of medicine and bioengineering, for example, in technologies for producing fundamentally new matrices (scaffolds), in cellular engineering, for the production of encapsulated drugs, as well as
- - для естественного восстановления утраченных тканей, введения лекарства пролонгированного действия,- - for the natural restoration of lost tissue, the introduction of a medication of prolonged action,
- - для снижения рисков повторного травмирования,- - to reduce the risk of re-injury,
- - более эффективной противовирусной защиты,- - more effective antiviral protection,
- - более эффективного и быстрого заживления раны.- - more effective and faster wound healing.
При проведении брюшных, гинекологических или сердечно-сосудистых операций существует риск слипания оперируемых тканей с тканями внутренних органов, что может привести к последующим многочисленным осложнениям. Для изолирования внутренних тканей и органов используются современные прогивоадгезионные материалы на основе комбинированных нановолокон, которые снижают или полностью устраняют слипание тканей после хирургического вмешательства, тем самым обеспечивая более эффективный процесс заживления, и исключают повторные хирургические вмешательства.When performing abdominal, gynecological or cardiovascular operations, there is a risk of adhesion of the operated tissues with tissues of the internal organs, which can lead to numerous subsequent complications. To isolate internal tissues and organs, modern pro-adhesive materials based on combined nanofibers are used, which reduce or completely eliminate tissue adhesion after surgery, thereby providing a more effective healing process, and exclude repeated surgical interventions.
Кроме того, при накладывании повязок на глубокие раневые поверхности повязки прочно прилипают к тканям раны или к молодым, вновь образующимся тканям и при снятии повязки травмируют их. Антиадгезивные свойства в этом случае также очень важны во избежание повторного травмирования раны.In addition, when dressings are applied to deep wound surfaces, dressings adhere firmly to wound tissues or to young, newly formed tissues and injure them when the dressing is removed. Release properties in this case are also very important in order to avoid repeated injury to the wound.
Таким образом, медицинское изделие из высокоэффективного гемостатического материала, может использоваться в качестве раневых повязок на разных стадиях заживления ран и ожогов. Предварительные физико-химические испытания и оценка пористой структуры нетканых материалов на основе нановолокон хитозана показали, что они обладают улучшенными свойствами и характеристиками для эффективной остановки кровотечений и заживления ран на разных стадиях лечения. Также за счет регулируемого размера пор и высоко активного сорбента, которым является хитозан, предлагаемые материалы способны долговременно удерживать введенные в нее лекарственные препараты и могут быть эффективно использованы на разных фазах заживления ран. Вышеприведенная информация раскрывает основные конкурентные преимущества продукта.Thus, a medical device made of highly effective hemostatic material can be used as wound dressings at different stages of healing of wounds and burns. Preliminary physico-chemical tests and the assessment of the porous structure of non-woven materials based on chitosan nanofibres have shown that they have improved properties and characteristics for effective stopping of bleeding and wound healing at different stages of treatment. Also, due to the adjustable pore size and highly active sorbent, which is chitosan, the proposed materials are able to retain drugs introduced into it for a long time and can be effectively used at different phases of wound healing. The above information reveals the main competitive advantages of the product.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что предложено медицинское изделие с использованием нановолокон на основе хитозана. Изделие выполнено из многослойного гемостатического материала полученного методом электроформования или сублимационной сушкой или методом полива на основу или лиофильной сушкой, с включением хитозановых волокон и/или порошков и/или пленок и/или пористой губки, и состоит по меньшей мере из: защитного и основного слоев. Изделие отличается тем, что его формируют в виде послойной структуры, в которой основной слой формируют непосредственно на токопроводящей подложке, при этом основной слой сформирован в качестве гемостатического слоя, он соприкасается, по меньшей мере, с защитным или одним из промежуточных слоев медицинского изделия, защитный слой имеет отличную от основного слоя плотность, и его формируют после основного слоя поверх основного или одного из промежуточных слоев, что обеспечивает многослойность медицинского изделия, при этом основной и промежуточные слои сформированы последовательно на подложке из нетканого токопроводящего материала нанесением различных полимерных слоев друг на друга, гемостатичность основного слоя обеспечена тем, что он выполнен из нановолокон хитозана методом электроформования, и гидрофобность или сорбционная способность или антибактериальная способность промежуточных слоев обеспечена получением их из нетканого материала на основе хитозана или других полимеров, полученного электропрядением или сублимационной сушкой или методом полива на основу или лиофильной сушкой соответственно, а защитный слой представляет собой нетканый материал, выполненный из синтетических или натуральных волокон, либо пленочный материал в виде синтетического полимера, при этом для слоев медицинского изделия используют волокна хитозана диаметром от 45 до 180 нм. В частности, нановолокна могут быть получены методом электроформования из раствора по п.1 Формулы, а основной слой может быть выполнен плотностью не менее 5 г/см2 и волокна слоя распределен на подложке хаотично. Например, основной гемостатический слой выполнен с использованием синтетических нетканых нановолокон, таких как полипропилен (ПП), полиэтелентерефталат (ПЭТФ), полиамид (ПА) с последующим нанесением волокон на основе хитозана. В частности, защитный слой может быть выполнен из синтетического полимера, такого как полипропилен. Например, дополнительно между основным слоем и защитным размещают гиброфобный слой из нановолокон биоинертных синтетических полимеров, сформованных методом электроформования. Также дополнительно между основным слоем и защитным могут размещать антибактериальный слой, который является гелеобразующим слоем, например, желантин. Также дополнительно между основным слоем и защитным могут размещать антибактериальный слой, волокна которого пропитаны противовоспалительным средством или дополнительно между основным слоем и защитным размещать антибактериальный порошковый слой с добавлением лекарственных препаратов. В частности, на подложке последовательно могут формировать многослойный материал, состоящий из нескольких слоев хитозановых волокон, каждый из которых выполняет функцию основного, гемостатического, антибактериального и защитного слоев соответственно, причем по меньшей мере в одном слое волокна упорядочены. Также защитный слой может быть выполнен из микрокристаллической целлюлозы или из карбоксиметилцеллюлозы или защитный слой выполнен из поливинилового спирта, обеспечивающего эластичность изделия.The claimed technical result is achieved due to the fact that the proposed medical product using nanofibers based on chitosan. The product is made of multilayer hemostatic material obtained by electrospinning or freeze-drying or by pouring onto a base or freeze-drying, including chitosan fibers and / or powders and / or films and / or porous sponges, and consists of at least: a protective and a base layer . The product is characterized in that it is formed in the form of a layered structure in which the main layer is formed directly on the conductive substrate, while the main layer is formed as a hemostatic layer, it is in contact with at least one protective or one of the intermediate layers of the medical device. the layer has a density different from the main layer, and it is formed after the main layer on top of the main or one of the intermediate layers, which ensures the multilayer medical device, while the main and other the intermediate layers are formed sequentially on a substrate of non-woven conductive material by applying different polymer layers to each other, the hemostaticity of the base layer is ensured by the fact that it is made of chitosan nanofibers by electroforming, and the hydrophobicity or sorption ability or antibacterial ability of the intermediate layers is ensured by obtaining them from non-woven material on based on chitosan or other polymers obtained by electrospinning or freeze-drying or by watering on the basis of y, or freeze drying, respectively, and the protective layer is a nonwoven fabric made of synthetic or natural fibers, or a film material in the form of a synthetic resin, wherein the layers of the medical device for use chitosan fiber diameter of 45 to 180 nm. In particular, nanofibers can be obtained by electroforming from a solution according to
На чертежах показаны возможные варианты медицинского изделия из нескольких слоев.The drawings show possible options for a medical product from several layers.
На Фиг.17 показано многослойное медицинское изделие, где 1. Защитный слой, выполнен из нетканого материала (синтетические или натуральные волокна) или пленочного материала (синтетический полимер); 2. Гемостатический основной слой, выполнен из нановолокон хитозана методом электроформования; 3. Антибактериальный дополнительный слой; 4. Гелеобразующий дополнительный слой; 5. Сорбционный дополнительный слой.On Fig shows a multilayer medical device, where 1. The protective layer is made of non-woven material (synthetic or natural fibers) or film material (synthetic polymer); 2. Hemostatic main layer, made of chitosan nanofibers by electrospinning; 3. Antibacterial extra layer; 4. Gel-forming additional layer; 5. Sorption additional layer.
На Фиг.18 показаны нановолокна на основе хитозана с разным увеличением: диаметры нановолокон: Min 45 нм - Мах 180 нм; в большинстве случаев средний диаметр соответствует 80 нм (±30%).On Fig shows nanofibers based on chitosan with different magnifications: the diameters of the nanofibers: Min 45 nm - Max 180 nm; in most cases, the average diameter corresponds to 80 nm (± 30%).
на Фиг.19 показана основания конструкция медицинского изделия, состоящая из основного слоя и защитного слоя. 1. Защитный слой может быть выполнен из нетканого материала (синтетические или натуральные волокна) или пленочного материала (синтетический полимер); 2. Гемостатического основной слой может быть выполнен из нановолокон хитозана методом электроформования.on Fig shows the base structure of a medical device, consisting of a base layer and a protective layer. 1. The protective layer can be made of non-woven material (synthetic or natural fibers) or film material (synthetic polymer); 2. The hemostatic main layer can be made of chitosan nanofibers by electrospinning.
На Фиг.20 показан механизм действия волокон на основе хитозана при истечении крови из раны.On Fig shows the mechanism of action of fibers based on chitosan when blood flows from a wound.
Представленные конструкции показывают для чего следует комбинировать слои: для улучшения свойства изделия; для изменения пористости изделия; для возможности варьировать паропроницаемость; для изменения удельной поверхности; для изменения сорбционной способности;The presented designs show why layers should be combined: to improve product properties; to change the porosity of the product; for the ability to vary vapor permeability; to change the specific surface; to change the sorption ability;
Предложенное медицинское изделие из материала, включающего волокна на основе хитозана, полученные электропрядением в различной комбинации, позволяет добиться свойств этого медицинского изделия, которые обеспечивают быструю и эффективную остановку кровотечения, высокий антибактериальный эффект, высокую сорбционную способность, высокую газо- и влагопроницаемость, высокие проитивоадгезионные свойства.The proposed medical device made of a material including chitosan-based fibers obtained by electrospinning in various combinations allows to achieve the properties of this medical device that provide fast and effective stopping of bleeding, high antibacterial effect, high sorption ability, high gas and moisture permeability, high anti-adhesive properties .
Одним из главных достоинств предлагаемого медицинского изделия является ее универсальность. В зависимости от пористой структуры и композиционного слоев, а также состава материала слоя и метода получения этого материала (электропрядение, сублимационная сушка или метод полива на основу или лиофильная сушка), изделие может применяться как высокоэффективный гемостатический материал, а также и в качестве раневых повязок на разных стадиях заживления ран и ожогов.One of the main advantages of the proposed medical device is its versatility. Depending on the porous structure and composite layers, as well as the composition of the material of the layer and the method of obtaining this material (electrospinning, freeze-drying or watering on a base or freeze drying), the product can be used as a highly effective hemostatic material, as well as as wound dressings on different stages of healing of wounds and burns.
В таблице 6 показаны сравнительные характеристики традиционных повязок и предлагаемой повязки на основе нановолокон на основе хитозана.Table 6 shows the comparative characteristics of traditional dressings and the proposed dressings based on nanofibers based on chitosan.
Условные обозначения:Legend:
+++ свойство представлено в раневом покрытии (РП) в высокой степени.+++ property is represented in the wound cover (RP) to a high degree.
++ свойство представлено в РП в средней степени.++ property is represented in RP to a moderate degree.
+ свойство представлено в РП в низкой степени.+ property is represented in RP to a low degree.
Claims (45)
сухой хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80% - 4-8 по сухому веществу;
ПЭО - 1-10 по сухому веществу;
водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 70% УК - остальное.2. A solution for the preparation of a material based on chitosan according to claim 1, characterized in that acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% is taken as a solvent, and polyethylene oxide (PEO) with a molecular weight of 400-1200 kDa is used as a plasticizer. in the ratio of the following components, wt.%:
dry chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on a dry matter basis;
PEO - 1-10 on a dry matter basis;
an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids at a concentration of 70% of the AC - the rest.
хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80% - 4-8 по сухому веществу;
ПВП - 5-10 по сухому веществу, водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 65-75% УК - остальное.3. The solution for the production of chitosan-based material according to claim 1, characterized in that acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% is taken as a solvent, and polyvinylpyrrolidone (PVP) with a molecular weight of 35-40 kDa is taken as a plasticizer, in the ratio of components, wt.%:
chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on a dry matter basis;
PVP - 5-10 on dry matter, an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids in a concentration of 65-75% of the UK - the rest.
хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80% - 4-8 по сухому веществу;
ПЭО - 1-10 по сухому веществу;
ПАВ - не более 0,2 по сухому веществу;
водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 65-75% УК - остальное.4. A solution for the preparation of a material based on chitosan according to claim 1, characterized in that acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% is taken as a common solvent, PEO in a mixture with a surfactant is taken as a plasticizer in the following ratios of components, wt.%:
chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on a dry matter basis;
PEO - 1-10 on a dry matter basis;
Surfactant - not more than 0.2 on a dry matter basis;
an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids in a concentration of 65-75% of the AC - the rest.
хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80% - 4-8 по сухому веществу;
ПВП - 5-10 по сухому веществу;
ПАВ - не более 0,2 по сухому веществу;
водный раствор уксусной кислоты УК 65-75% - остальное.5. A solution for the preparation of a material based on chitosan according to claim 1, characterized in that acetic acid (UK) with a concentration of 65-75% is taken as a common solvent, PVP in a mixture with a surfactant is taken as a plasticizer in the following ratios of components, wt.%:
chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on a dry matter basis;
PVP - 5-10 on a dry matter basis;
Surfactant - not more than 0.2 on a dry matter basis;
an aqueous solution of acetic acid UK 65-75% - the rest.
диметилсульфоксид (ДМСО) 5-15, водный раствор уксусной кислоты УК-остальное.17. The solution for obtaining material based on chitosan according to claim 1, characterized in that as a common solvent take a mixture of 65-75% solution of acetic acid and dimethyl sulfoxide in the ratio of components of the total amount of solution, wt.%:
dimethyl sulfoxide (DMSO) 5-15, an aqueous solution of acetic acid UK-rest.
пластификатора и общего растворителя, отличающийся тем, что водно-кислотный раствор по п.1 представляет собой полиэлектролитный комплекс хитозана и водорастворимого полимера, и обеспечивают при электроформовании получение нановолокон с характеристиками: вязкость - 1,4-2,5 Па·с, поверхностное натяжение - 31-35 мН/м и электропроводность не более 2,3 мСм/см за счет применения вязко-текучего раствора по п.1, состоящего из следующих компонентов в соотношении от общего количества раствора, мас.%:
сухой хитозан со степенью деацетилирования - не менее 80% - 4-8 по сухому веществу, водный раствор полимера или смеси полимеров 1-10 по сухому веществу, водный раствор органической кислоты или смесь органических кислот в концентрации 50-80% - остальное, и имеющего характеристики раствора: вязкость от 1,4 Па·с до 3,0 Па·с, электропроводность от 1,4 мСм/см до 2,45 мСм/см и поверхностное натяжение от 31 мН/м до 36 мН/м, причем в процессе электроформования нановолокон из раствора обеспечивают испарение общего растворителя из водно-кислого раствора полимера или смеси полимеров и хитозана, а затем компоненты материала переводят в нерастворимую в воде форму.18. The method of producing hemostatic material from an aqueous acidic solution according to claim 1, including the electrochemical treatment of a chitosan solution in an electric field with a conductive substrate from a solution according to claim 1 to obtain nanofibers consisting of a chitosan biopolymer,
a plasticizer and a common solvent, characterized in that the aqueous acid solution according to claim 1 is a polyelectrolyte complex of chitosan and a water-soluble polymer, and they provide nanofibers with the characteristics of electroforming: viscosity 1.4-2.5 Pa · s, surface tension - 31-35 mN / m and conductivity of not more than 2.3 mS / cm due to the use of a viscous-fluid solution according to claim 1, consisting of the following components in the ratio of the total amount of solution, wt.%:
dry chitosan with a degree of deacetylation of at least 80% - 4-8 on dry matter, an aqueous solution of a polymer or a mixture of polymers 1-10 on a dry matter basis, an aqueous solution of an organic acid or a mixture of organic acids in a concentration of 50-80% - the rest, and having solution characteristics: viscosity from 1.4 Pa · s to 3.0 Pa · s, electrical conductivity from 1.4 mS / cm to 2.45 mS / cm and surface tension from 31 mN / m to 36 mN / m, and the process of electroforming nanofibers from a solution provides the evaporation of a common solvent from an aqueous acidic polymer solution or chitosan polymers and impurity, and then the components of the material is converted into an insoluble form in the water.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131959/15A RU2487701C2 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131959/15A RU2487701C2 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011131959A RU2011131959A (en) | 2013-02-10 |
| RU2487701C2 true RU2487701C2 (en) | 2013-07-20 |
Family
ID=48791307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011131959/15A RU2487701C2 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2487701C2 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568919C1 (en) * | 2014-07-03 | 2015-11-20 | Павел Васильевич Попрядухин | Method of producing biocompatible biodegradable porous composite material |
| RU2645131C1 (en) * | 2017-07-18 | 2018-02-15 | Андрей Александрович Нестеренко | Production process of a sorption material |
| RU2660588C1 (en) * | 2017-07-18 | 2018-07-06 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" | Method of hydrogel hardening |
| RU2666012C1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "БиоМед" | Bio-polymer based bandage for prophylaxis and treatment of infections for burns, trophic ulcers and soft tissue necrosis |
| RU2695217C2 (en) * | 2014-06-10 | 2019-07-22 | Афикс Терапьютикс А/С | Compositions comprising electrohydrodynamically produced fibers for applying given doses of the active substance to the skin or mucosa |
| RU2709462C1 (en) * | 2019-03-15 | 2019-12-18 | Наталья Васильевна Меньшутина | Wound healing and haemostatic agent based on chitosan and a method for production thereof |
| RU2710224C1 (en) * | 2019-04-08 | 2019-12-25 | Микулинская Елена Борисовна | Haemostatic sponge based on mucopolysaccharides |
| RU2715235C2 (en) * | 2014-10-13 | 2020-02-26 | Ферросан Медикал Дивайсиз А/С | Dry composition for use in haemostasis and wound healing |
| EA038202B1 (en) * | 2019-03-05 | 2021-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Инмед" | Method for preparing modified chitosan, solution for preparing hemostatic material, method for preparing hemostatic material, hemostatic material |
| US11801671B2 (en) | 2017-01-23 | 2023-10-31 | Afyx Therapeutics A/S | Method for fabrication of a two-layered product based on electrospun fibres |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522216C1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-07-10 | Иван Михайлович Афанасов | Multilayer material with chitosan layer of nanofibres and superfine fibres |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2331411C2 (en) * | 2002-08-07 | 2008-08-20 | Смитклайн Бичам Корпорейшн | Electro-spinned amorphous pharmaceutical compositions |
| WO2009049565A2 (en) * | 2007-10-15 | 2009-04-23 | Elmarco, S.R.O. | Method for production of nanofibres |
| RU2408746C1 (en) * | 2009-06-29 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" | Method of producing chitosan-containing threads |
-
2011
- 2011-07-26 RU RU2011131959/15A patent/RU2487701C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2331411C2 (en) * | 2002-08-07 | 2008-08-20 | Смитклайн Бичам Корпорейшн | Electro-spinned amorphous pharmaceutical compositions |
| WO2009049565A2 (en) * | 2007-10-15 | 2009-04-23 | Elmarco, S.R.O. | Method for production of nanofibres |
| RU2408746C1 (en) * | 2009-06-29 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" | Method of producing chitosan-containing threads |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2695217C2 (en) * | 2014-06-10 | 2019-07-22 | Афикс Терапьютикс А/С | Compositions comprising electrohydrodynamically produced fibers for applying given doses of the active substance to the skin or mucosa |
| RU2568919C1 (en) * | 2014-07-03 | 2015-11-20 | Павел Васильевич Попрядухин | Method of producing biocompatible biodegradable porous composite material |
| RU2715235C2 (en) * | 2014-10-13 | 2020-02-26 | Ферросан Медикал Дивайсиз А/С | Dry composition for use in haemostasis and wound healing |
| RU2666012C1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-09-05 | Общество с ограниченной ответственностью "БиоМед" | Bio-polymer based bandage for prophylaxis and treatment of infections for burns, trophic ulcers and soft tissue necrosis |
| US11801671B2 (en) | 2017-01-23 | 2023-10-31 | Afyx Therapeutics A/S | Method for fabrication of a two-layered product based on electrospun fibres |
| RU2645131C1 (en) * | 2017-07-18 | 2018-02-15 | Андрей Александрович Нестеренко | Production process of a sorption material |
| RU2660588C1 (en) * | 2017-07-18 | 2018-07-06 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" | Method of hydrogel hardening |
| EA038202B1 (en) * | 2019-03-05 | 2021-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Инмед" | Method for preparing modified chitosan, solution for preparing hemostatic material, method for preparing hemostatic material, hemostatic material |
| RU2709462C1 (en) * | 2019-03-15 | 2019-12-18 | Наталья Васильевна Меньшутина | Wound healing and haemostatic agent based on chitosan and a method for production thereof |
| RU2710224C1 (en) * | 2019-04-08 | 2019-12-25 | Микулинская Елена Борисовна | Haemostatic sponge based on mucopolysaccharides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011131959A (en) | 2013-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2487701C2 (en) | Solution for preparing chitosan material, method for preparing haemostatic material of this solution (versions) and medical device with using chitosan fibres | |
| Mehrabani et al. | Chitin/silk fibroin/TiO2 bio-nanocomposite as a biocompatible wound dressing bandage with strong antimicrobial activity | |
| Varaprasad et al. | Alginate-based composite materials for wound dressing application: A mini review | |
| RU2468129C2 (en) | Biopolymeric fibre, composition of forming solution for its obtaining, method of forming solution preparation, linen of biomedical purpose, biological bandage and method of wound treatment | |
| Wang et al. | Advances in electrospinning of natural biomaterials for wound dressing | |
| Taemeh et al. | Fabrication challenges and trends in biomedical applications of alginate electrospun nanofibers | |
| Bakhsheshi-Rad et al. | Development of the PVA/CS nanofibers containing silk protein sericin as a wound dressing: In vitro and in vivo assessment | |
| Naseri et al. | Electrospun chitosan-based nanocomposite mats reinforced with chitin nanocrystals for wound dressing | |
| Zhao et al. | Accelerated skin wound healing by soy protein isolate–modified hydroxypropyl chitosan composite films | |
| Hassiba et al. | Review of recent research on biomedical applications of electrospun polymer nanofibers for improved wound healing | |
| Kumar et al. | A review on polysaccharides mediated electrospun nanofibers for diabetic wound healing: their current status with regulatory perspective | |
| Ji et al. | Advances in chitosan-based wound dressings: Modifications, fabrications, applications and prospects | |
| Ouyang et al. | Cellulose nanocrystal/calcium alginate-based porous microspheres for rapid hemostasis and wound healing | |
| Rao et al. | Fungal-derived carboxymethyl chitosan blended with polyvinyl alcohol as membranes for wound dressings | |
| TW200925342A (en) | Method for production of nanofibres | |
| Zhang et al. | Bioactive composite Janus nanofibrous membranes loading Ciprofloxacin and Astaxanthin for enhanced healing of full-thickness skin defect wounds | |
| KR20070118730A (en) | Wound dressing materials with excellent ability to moisturized skin and method of manufacturing the same | |
| Sandri et al. | Electrospinning technologies in wound dressing applications | |
| Xie et al. | Functionalized biomimetic composite nanfibrous scaffolds with antibacterial and hemostatic efficacy for facilitating wound healing | |
| RU2522216C1 (en) | Multilayer material with chitosan layer of nanofibres and superfine fibres | |
| WO2018056937A2 (en) | Nanofibrous adhesion barrier | |
| Palanisamy et al. | A critical review on starch-based electrospun nanofibrous scaffolds for wound healing application | |
| Sabarees et al. | Emerging trends in silk fibroin based nanofibers for impaired wound healing | |
| Suneetha et al. | Antibacterial, biocompatible, hemostatic, and tissue adhesive hydrogels based on fungal-derived carboxymethyl chitosan-reduced graphene oxide-polydopamine for wound healing applications | |
| Vega-Cázarez et al. | Overview of electrospinned chitosan nanofiber composites for wound dressings |