Brevet FR2167329A1 — publié le 19730824

La présente invention concerne des produits spongieux à base d'algine absorbant l'eau et se désintégrant à l'eau, ainsi que leurs procédés de préparation On a depuis longtemps besoin, dans des domaines tels que la médecine et l'art dentaire , de disposer d'un matériau spongieux fortement absorbant, qui puisse absorber les fluides biologiques i un taux réglable,et qui puisse ensuite être complètement éliminé en se dissolvant ou en se désagrégeant dans un excès d'eau .On a utilisé, dans le passé, différentes formes de coton et d'autres matériaux de type cellulosique , mais leur capacité d'absorption est relativement limitée, et après usage, ces matériaux doivent presque obligatoirement être éliminés par incinération , car, si on les expulsait avec les eaux usées, ils risqueraient d'obstruer les canalisations Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 682 872 décrit un tampon à plaies hémostatique, qui est à la fois absorbant pour l'eau et absorbable par liteau .Le tampon à plaies décrit est toutefois limité par le produit pour lequel il est conçu, le sang humain , et par d'autres propriétés physiques indésirables qu'il présente : ce tampon est relativement fragile et difficile à pres ser selon des fontes particulières, sans se désagréger ou se casser. De plus, le procédé , décrit par ce brevet, pour fabriquer le tampon à plaies, implique des opérations plutôt compliquées et délicates qui ne se portent pas à une fabrication industrielle Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 688 586 décrit une gaze chirurgicale tissée à partir de fibres d'alginate de calcium. Cette gaze présente ,toutefois, à peu près la même capacité d'absorption que d'autres gazes de type cellulosique ,et elle est insoluble dans l'eau La présente invention a pour objet un produit façonné amélioré absorbant l'eau et se désagrégeant sous l'action de l'eau et son procédé de préparation D'autres objets de l'invention apparattront par la suite L'éponge, ou le produit spongieux, selon la présente invention ,qui absorbe l'eau et se désagrège sous l'action de l'eau c'est-b-dire est susceptible de se décomposer dans un excès d'eau, est constitué d'algine .De préférence , l'algine est une composition à base d'alginate de sodium et d'alginate de calcium .L'éponge à base d'algine peut absorber plusieurs fois son propre poids d'eau, ou d'une solution aqueuse .Par exemple, l'éponge à base d'algine peut absorber de l'eau jusqu'à 50 fois son propre poids > c'est-à- dire qu'elle peut présenter une capacité d'absorption d'environ 5.000 . > ou même plus élevée, tout en conservant l'intégrité de sa structure Une hydratation au-dessus de 100X, de la capacité d'absorption , a pour conséquence la désintégration ou la dissolution de la structure spongieuse d'algine L'éponge à base d'algine, selon l'invention, peut être utilisée pour constituer des récepteurs médicaux de sécrétions biologiques .Parmi ces récepteurs médicaux figurent, par exemple, les récepteurs de lait, de matières fécales , d'écoulement cataménial, de transpiration , de liquide urétral, les récepteurs utilisés en pédiatrie en obstétrique ,et en chirurgie, etc.. Les produits spongieux, selon l'invention, peuvent également être utilisés dans le traitement des brûlures ,et comme éponge pour les soins des dents et de la bouche Le procédé de préparation d'une éponge à base d'algine, absorbant l'eau et se désagrégeant sous l'action de l'eau, comporte la lyoph-lisation d'une dispersion d'algine ,c'est-à-dire la congélation d'une dispersion d'algine, puis la sublimation du milieu de dispersion congelé, ledit procédé conduisant à une éponge d'algine poreuse, à cellules ouvertes .De préférence, la dispersion d'algine est un gel aqueux d'algine de sodium et d'alginate de calcium. Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention l'éponge d'algine poreuse, à cellules ouvertes, est rendue plus souple par une étape de réhydratation Selon encore une autre caractéristique ,l'éponge d'algine réhydratée peut être comprimée, en affaissant au moins une partie de la structure à cellules ouvertes , cette étape du procédé pouvant être utilisée pour régler la vitesse d'absorption d'un fluide par l'éponge à base d'algine Selon encore une autre caractéristique du procédé, celui-ci comporte en outre le séchage de l'éponge d'algine comprimée, pour augmenter encore plus la capacité d'absorption D'autres caractéristiques et avantages de l'invention > apparat- tront à la lecture de la description qui suit, celle-ci concernant des modes de réalisation préférés Le produit, à base d'algine, selon l'invention, peut être fabriqué à partir d'algines dispersables dans l'eau Les algines sont obtenues à partir d'algues brunes ou de varech, et principalement à partir du varech géant, Macrocystis Pyrifera , de la côte américaine du Pacifique , et à partir du varech " queue de cheval" Laminaria Digitata, de la côte Atlantique .Les algines sont obtenues, à partir du varech, par une série d'opérations comportant une extraction, une filtration, une précipitation > de nombreux lavages et réactions Les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 1 778 688 , 1 814 981, 1 814 986 et 2 477 861, et d'autres encore , décrivent la préparation de ces algines .Etant donné que les algines sont donc connues, et largement répandues sous des formes finement divisées ,il nzjst pas nécessaire ici d'exposer plus avant leur préparation pour rester bref Des exemples d'algines dispersables dans liteau, qui peuvent convenir à la mise en oeuvre de la présente invention, sont les alginates solubles dans l'eau tels que l'alginate de sodium, I'al- ginate de potassium et l'alginate d'ammonium .D'autres alginates solubles dans l'eau comprennent l'alginate de magnésium, l'alginate d'éthanolamine, l'alginate de propanolamine, 1'alginate de butanolamine et l'acétate d'algine, Les phosphoalginates et l'alginate de propylène-glycol peuvent également convenir . Les mélanges ,ou des sels multiples des sels ci-dessus, peuvent aussi être utilisables De préférence, on utilise des compositions d'algine dispersables dans l'eau qui sont gélifiables .La formation de gels aqueux par les alginates est connue .A titre d'exemple, des procédés de préparation de tels gels sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 2 420 308 , 3 349 079, et 3 386 921. Il est connu > comme on l'a déj# indiqué, et comme le montrent également les brevets ci-dessus mentionnés, que des gels aqueux d'alginate ou des compositions gélifiables , peuvent être préparés en utilisant les alginates solubles dans liteau, de la liste cidessus, et en y ajoutant certains sels insolubles dans l'eau. Les procédés utilisés, pour pourla préparation de compositions gélifiables comportent le mélange de 50 à 20% d'une fine poutre d'un alginate insoluble dans liteau, tel que l'alginate de calcium, avec de 50 à 80% d'une fine poudre d'un alginate soluble dans l'eau, tel que I'al- ginate de sodium . D'autres alginates insolubles dans l'eau sont les alginates de baryum, de cuivre, de zinc, de nickel, d'aluminium, d'étain, de manganèse, de plomb, de fer, de strontium, de cadmium, de mercure et de cobalt D'autres compositions d'alginate gélifiables ,comportent un alginate présentant de 0,25 à 0,45 équivalent de calcium combiné par équivalent d'acide alginique, le restant qui représente de 0,55 tao,75 équivalent dudit acide étant pratiquement totalement combiné avec un précurseur de cation, susceptible de former un sel soluble dans l'eau par réaction avec l'acide alginique .De tels précurseurs ce cations sont notamment le sodium, le potassium et l'ammoniac De préférence, les compositions d'alginate gélifiables utili sées selon l'invention , sont des compositions d'alginates calciumsodium , qui peuvent être préparées comme on l'a décrit ci-dessus Des dispersions ou gels d'alginate peuvent être préparées en ajoutant progressivement les compositions d'alginate, décrites cidessus, à de l'eau chaude ou froide, en agitant .Eventuellement, on peut faciliter la dispersion de la composition d'alginate, en la mélangeant avec par exemple, de 100 à 500 d'un autre constituant pulvérulent sec, tel que le sucre ou l'amidon, ou en la mouillant avec par exemple , de 100 à 500X, de glycérine ou d'alcool, avant de l'incorporer à l'eau La dispersion, ou le gel d'alginate, peut être formée par dispersion dans l'eau de 0,5 à 10%, et de préférence de 0,5 à 5%, et de préférence encore de 1 à 2 en poids, de la composition d'al- ginate . La température de liteau, lors de la dispersion, peut être comprise entre une température légèrement supérieure au point de congélation et une température légèrement inférieure au point d'ébullition de l'eau; elle est avantageusement comprise entre environ 10 et 300C ; et de préférence, c'est la température ambiante, soit 250C environ La dispersion aqueuse d'algine,ou le gel aqueux, est ensuite soumis à une lyophilisation, c 'est-à-dire que la dispersion, ou le gel, est soumis à des conditions telles, que le milieu de dispersion est congelé, puiez qu'il est sublimé Par exemple, la dispersion aqueuse, ou le gel aqueux, d'al- gine, peut être congelée à des températures inférieures à environ -2 C .De préférence, la congélation est effectuée en dessous de -200C, soit entre -20 C et -400c , ce qui peut conduire à des produits finis façonnés d'éponge d'alginate moins friables, probablement du fait de la nature des cristaux de glace formés aux basses températures Après congélation, le milieu de dispersion congelé, c'est-àdire la glace, est sublimé de la structure gelée, ce qui conduit à un produit spongieux d'algine poreuse, à cellules ouvertes .On peut utiliser toutes conditions de température et pression conduisant à la sublimation de la glace Des conditions appropriées sont avantageusement obtenues à partir du diagramme des phases de l'eau (voir, par exemple Barrow's Physical Chemistry page 456 à 458 ,McGraw-Hill, 1961 ).Ainsi > par exemple, on peut utiliser le vide, avec une pression résiduelle inférieure à environ 4 mm Hg, notamment une pression comprise entre environ 0,1 et 1 mm Hg, et de préférence entre environ 0,2 et 0,5 mm Hg, à des températures inférieures à 0 C, , et de préférence comprise entre -10 et -30 C . La sublimation doit se poursuivre pendant un temps suffisant pour conférer au produit final d'éponge d'algine, un taux d'humidité global, ou moyen, inférieur à 10%, et de préférence inférieur à 5%, et de préférence encore inférieur à 2%.Les temps particuliers varient naturellement avec les conditions spécifiques de la sublimation .I1 convient de prendre garde à assurer une congdlation et une sublimation uniformes afin de ne pas laisser des zones mouillées dans le produit .De telles zones mouillées peuvent, lors du séchage à l'air ou au four, provoquer une déformation ou un rétrécissement du produit façonné final, et le rendre cassant et presque imperméable partout où il existait de telles zones mouillées Après la lyophilisation , l'éponge à base d'algine obtenue présente normalement une structure poreuse > à cellules ouvertes. Elle peut être définie comme une structure de dispersion ou de gel déshydratée .La masse spécifique de l'éponge d'algine peut varier entre environ 0,01 et lg/cm3 > et elle est normalement comprise entre 0,02 et 0 > lg/cm3 . La capacité d'absorption de l'éponge à base d'algine , vis-à-vis de l'eau ou d'autres solutions aqueuses , peut être supérieure à 5 000 % en poids , c'està-dire que le produit spongieux à base d'algine peut absorber de liteau, ou des solutions aqueuses, en proportion supérieure à 50 fois son propre poids, tout en conservant l'intégrité de sa structure > la capacité d'absorption peut, dans certains cas atteindre 9 000 fi en poids .Naturellement, dans certaines applications, une capacité d'absorption aussi élevée n'est pas toujours nécessaire .Dans de telles applications, une capacité d'absorption plus faible, soit par exemple, s'abaissant à 3 000 % en poids, peut Autre appropriée Une hydratation, au delà de 100% de la capacité d'absorption, conduit à une désagrégation, ou à une dissolution, de l'éponge à base d'algine, permettant une élimination aisee Les dimensions des cellules ouvertes ou pores de l'éponge d'algine sont en général proportionnelles à la concentration de 1'algine nate dans la dispersion ou le gel de départ L'éponge d'algine poreuse, à cellules ouvertes, ainsi obtenue, peut ensuite être réhydratée , jusqu'à un taux d'humidité compris entre 5 et 90% , de préférence entre 10 et 50%, pour rendre le produit spongieux plus souple et moins cassant . Naturellement, la densité du produit réhydraté est par l-mSme augmentée proportionnellement La réhydratation peut être effectuée en traitant le produit spongieux d'algine poreuse, dans une chambre sous vide, par de la vapeur, pendant environ 5 à 30 s s, et de préférence pendant environ 10 à 20 s , à des pressions résiduelles dans la chambre comprise entre 1 mm Hg et 30 mm Hg, et de préférence entre 10 et 20 mm Hg, l'opération étant de préfç nce réitérée toutes les 1 à 5 minutes, et de préférence toutes les 3 minutes > pendant un temps total d'environ 5 à 60 minutes > et de préférence d'environ 10 à 30 minutes, et de préférence encore d'environ 15 à 20 minutes Après réhydratation , l'éponge d'algine réhydratée peut être comprimée pour affaisser au moins une fraction de la structure à cellules ouvertes , ce qui permet de régler la vitesse d'absorption. La vitesse d'absorption Ce 1 eau , à la température ordinaire ,peut varier entre environ 100 et 5 000% et même plus, et le plus souvent entre environ 300 et 3 300% en poids, par minute .A titre #exemple, l'éponge d'algine réhydratée peut être comprimée entre des rouleaux coopérants ou des plateaux, à des températures comprises entre 5 G et 2000C , et de préférence entre 1200C et 1500C. En général, les températures élevées tendent à augmenter la masse spécifique ,pour une pression appliquée donnée .Le produit comprimé peut présenter une masse spécifique allant de plus de 0,01 g/cm3 à 1 g/cm3, ou encore supérieure. Après compression, l'éponge d'algine comprimée peut être à nouveau séchée pour éliminer lthumidité, afin d'obtenir un produit comprimé à capacité d'absorption plus grande . De préférence, l'étape ultérieure de séchage est une lyophilisation ,tel que décrit cidessus . L'éponge d'algine comprimée est, de préférence, séché jus qu'à un taux d'humidité inférieur à 10%, et de préférence inférieur à 5%, et de préférence encore de l'ordre de 19B ou moins-La masse spécifique de l'éponge d'algine se trouve alors diminuée propor tionnellement La présente invention est plus complètement illustrée par les exemples ci-après .Toutes les quantités et les pourcentages indiqués dans les exemples, et dans l'ensemble de la description > sont exprimés en poids, sauf indications contraires EXEMPLE I Une composition d'alginate gélifiable est préparée selon le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 349 079 en délayant de l'acide alginique aqueux , à environ 20% de matières solides, avec de l'alcool isopropylique ,pour conduire à un mélange en proportions égales d'eau et d'alcool .La préparation d'acide alginique aqueux ou humide est en elle-même bien connue et elle est décrite , par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 1 814 981.A la dispersion préparée, on ajoute du carbonate de calcium, en proportion neutralisant 35 de l'acide alginique ,et le mélange obtenu est soigneusement agité pendant environ 20 minutes.Au mélange obtenu, on ajoute une quantité suffisante de bicarbonate de sodium, pour neutraliser, à un pH neutre, les autres 65% de l'acide, et l'on poursuit l'agitation pendant 20 minutes . Une fois les constituants mentionnés ci-dessus complètement mélangés le produit fibreux obtenu est Ressé , afin d'en éliminer l'alcool et l'eau .Le produit est ensuite séché pendant I heure 30 à 500C dans un séchoir à plateaux .Le produit sec, ainsi- obtenu, est ensuite moulu jusqu a environ une taille de particules inférieures à 0,18 mm ~ins un broyeur Wiley. Un gel à 2% est formé, par dispersion rapide de deux parties de la composition d'alginate ci-dessus, dans 100 parties d'eau, à environ 250C avec agitation à grande vitesse, à 7 000 tr/mn, par un mélangeur du type Waring.L# gel à grande viscosité obtenu est ensuite étalé , sous une épaisseur d'environ 2,5 cm sur un plateau du type couramment utilisé dans les procédés de lyophilisation . Le plateau est placé dans un congélateur à environ -350C > pendant 3 heures, pendant lesquelles le gel se congèle colDplètement à l'état solide .Après congélation, le gel congelé est placé dans l'appareil de lyophilisation sous vide classique, et séché pendant 20 hures à une température, dans la chambre, de -250C, et à une pression de 0,3 mm Hg.Pour assurer l'uniformité du séchage, le produit est ainsi séché par congélation ,à un taux d'humidité de 1 approximativement . éponge d'algine poreuse, à cellules ouvertes ,ainsi obtenue, présente une densité d'environ 0,02 g/cm3 ,et une capacité d'absorption , vis-à-vis de liteau, de plus de 5 000 %. EXEMPLE Il Une partie du produit d'algine, obtenu par lyophilisation dans 1'EXEMPLE I , est uniformément hydratée à un taux d'humidité de 10% approximativement . L'hydratation est effectuée en plaçant le produit à base d'algine, > séché par congélation, dans une chambre sous vide à 15 mm Hg, et en le traitant par de la vapeur pendant 15 secondes, à des intervalles de 3 minutes, sur un tetrps total de 15 minutes .L'éponge d'algine réhydratée obtenue est plus sou ple que le produit de L'EXEMPLE I, ce qui est avantageux lorsque l'éponge d'algine doit prendre une forme particulière EXEMPLE III L'éponge à base d'algine hydratée ,obtenue selon 1'EXEMPLE II, est comprimée depuis une épaisseur d'environ 2,5 cm , jusqu a une épaisseur d'environ 0,2 cm, en utilisant des rouleaux de compres sion, chauffés à une température de 140 C ,afin de modifier la vi tesse d'absorption de l'éponge d'algine.L'éponge d'algine comprimée est ensuite renvoyée au dispositif de lyophilisation, et à nouveau séchée à un taux d'humidité d'environ 1%. Le produit final présente une masse spécifique de 0,5 g/cm3 et une capacité d'absorption supérieure à 5 000 % EXEMPLE IV Pour montrer les effets exceptionnels de la lyophilisation une fraction du gel préparé dans 1'EXEMPLE I , est étalée sous une épaisseur d'environ 2,5 cm, sur un plateau, et placée dans une étu ve de séchage, à environ 1200C, et sous la pression atmosphérique pendant environ 10 heures . Le produit séché à l'étuve obtenu pré sente un taux d'humidité d'environ 1%, mais une capacité d'absorp tion de seulement environ 1/5 de l'éponge d'algine obtenue par lyo philisation, selon 1'EXEMPLE I .De plus, le produit séché en étuve présente une structure dense amorphe, qui ne ressemble pas à la structure poreuse, à cellules ouvertes, du matériau séché par lyophilisation EXEMPLE V On place environ 2,4 g , sous forme d'une feuille d'environ 2,5 x 2,5 x 20 cm, de l'éponge d'algine, obtenue par lyophilisation, dans un bécher contenant 175 ml d'eau .Après environ deux minutes, toute l'eau est absorbée par le produit spongieux > quia gonflé , ou s'est dilaté, mais a conservé son intégrité de structure Pour montrer la vitesse d'absorption mçdifiée du produit com primé de L'EXEMPLE III, on place environ 2,4 g, sous forme d'une feuille d'environ 2,5 x 10 x 0,2 cm, dans un becher contenant 175 ml d'eau .Après environ 20 minutes, toute l'eau est absorbée par le produit spongieux Ainsi, la vitesse d'absorption du produit non comprimé est de 87,5 ml/ mn, tandis que celle du produit comprimé est de 8,75 ml/mn. EXEMPLE VI Un tissu de peau humaine, brûlé au troisième degré, provoque l'émission d'un liquide , à partir de la surface brûlée ,pendant la première période de cicatrisation . Un pansement médical , comportant une partie de l'éponge d'algine selon L'EXEMPLE I , est placé directement sur la surface brûlée: il absorbe la secrétion, mais il n'adhère pas au nouveau tissu tendre, lorsqu'on retire le pansement .Après emploi , le pansement constitué de cette éponge peut être éliminé par désagrégation sous l'action d'un excès d'eau, et entratnement avec les eaux usées REVENDICATIONS 1-Eponge caractérisée en ce qu'elle est à cellules ouvertes, elle est poreuse, elle absorbe liteau et est désagrégée sous l'action de liteau, et en ce qu'elle comporte au moins un alginate soluble dans l'eau et au moins un alginate insoluble dans l'eau 2-Eponge selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est sous la forme d'un récepteur médical pour sécrétions biologiques 3-Eponge selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle présente une capacité d'absorption supérieure à 5 000 %. 4-Eponge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca ractérisée en ce qu'elle présente un taux d'humidité inférieur à 90%, et une masse spécifique comprise entre environ 0,01 et la/an3. 5-Eponge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle est essentielliellement constituée d'alcinate de calcium, et d'alginate de sodium, et en ce qu'elle présente lmP structure structure ropreuse de A# gel d#shydrat#' cellules ouvertes. 6-Eponge selon la revendication 1, caractérisée en ce que 1'alginate soluble dans l'eau est l'alginate de sodium, et en ce que l'alginate insoluble dans liteau est l'alginate de calcium 7-Procédé de préparation d'une éponge à base d'algine selon la revendication 1 > caractérisé en ce qu'il comporte la congélation d'une dispersion d'au moins un alginate soluble dans l'eau et d'au moins un alginate insoluble dans l'eau, puis la sublimation du milieu de dispersion congelé, pour former une éponge 8-Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la dispersion à base d'algine est un gel aqueux essentiellement constitué d'alginate de calcium et d'alginate de sodium 9-Procédé selon la revendication 7 ou 8 , caractérisé en ce qu'il comporte la réhydratation de éponge à base d'algine, jus qu a un taux d'humidité compris entre environ 10 et 905f, et la compression de l'éponge à base d'algine réhydratée ,pour affaisser au moins une partie de la structure à cellules ouvertes de l'épon- ge 10-Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte,en outre, le séchage de l'éponge à base d'algine réhydratée et comprimée, jusqu a un taux d'humidité inférieur à 10%