ВЫСОКОДИСПЕРСНАЯ ЭМУЛЬСИЯ НА ОСНОВЕ ПЕРФТОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ГАЗОТРАНСПОРТНЫМИ СВОЙСТВАМИ
HIGHLY-DISPERSIVE EMULSION BASED ON PERFLUORORGANIC COMPOUNDS WITH GAS TRANSPORTATION PROPERTIES

Область техники
Изобретение относится к коллоидной химии и химико-фармацевтическим препаратам, а именно к высокодисперсным эмульсиям на основе перфторорганических соединений (ПФОС) с газотранспортными свойствами.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для получения эмульсий ПФОС, служащих основой для приготовления перфузионных сред, в т.ч. кровезаменителей, сред для сохранения (консервации) органов и тканей, компонентов питательных сред для культивирования микроорганизмов и культур клеток, рентгеноконтрастных средств, а также для приготовления компонентов лекарственных и косметических мазей, кремов и растворов.
Предшествующий уровень техники
Эмульсии перфторорганических соединений (ПФОС) представляют собой сложные коллоидные системы, состоящие из дисперсной фазы - ПФОС или смеси нескольких ПФОС и дисперсионной среды - раствора эмульгатора (поверхностно-активного вещества (ПАВ)) в физиологически приемлемом для живого организма растворе. Коллоидные системы могут дополнительно содержать функциональные добавки (агенты), например - стабилизирующие, антиоксидантные. Современные эмульсии ПФОС - это структуры, обладающие избыточной свободной поверхностной энергией, значительной поверхностью газообмена (сорбционно-активной поверхностью раздела фаз), высокой биологической активностью.
8
10
11
12
В настоящее время для конструирования и применения эмульсий ПФОС в медико-биологической практике используют следующие ПФОС или их комбинации: группа (С-С) содержащих ПФОС-перфтордекалин (ПФД), перфтороктилбромид (ПФОБ), перфтордецилбромид (ПФДБ); группа (С-С) азотсодержащих ПФОС-перфтортрипропиламин (ПФТПА), перфторметил-циклогексилпиперидин (ПФМЦП), перфтортрибутиламин (ПФТБА) [см. Перфторуглеродные эмульсии I и II поколения. Химико-фармацевтический журнал. Том 43, № 4, 2009, с. 30-40]. Соединения первой группы быстро (в течение месяца) выводятся из организма, но не обеспечивают достаточной стабильности эмульсий, соединения второй группы придают эмульсии достаточную стабильность, позволяющую хранить их без замораживания, но они в течение нескольких лет могут не выводится из организма.
2
2
В качестве эмульгирующе-стабилизирующих ПАВ используются нетоксичные, высокомолекулярные вещества или их комбинации, в частности проксанолы (зарубежные аналоги - плюроники), например - Проксанол-268 и Плюроник F-68, а также фосфолипиды, лецитин и соевое масло, количество которых в эмульсиях ПФОС должно быть минимально, но достаточно для обеспечения диспергирования и стабилизации ПФОС. В результате эмульсии приобретают форму двухслойного шара, ядром которого является фаза - ПФОС, растворяющая в себе газы (O, СО, NO, СО), а поверхность образует тонкий слой эмульгатора. Перспективными могут являться эмульсии ПФОС субмикронного уровня (наноэмульсии), компенсирующие уменьшение их общей кислородной емкости за счет существенного увеличения поверхности и динамики газообмена (т.е. сохранения или увеличения динамической кислородной емкости, скорости диффузии газов).
Выбор ПФОС определяется их общей и динамической кислородной емкостью, способностью образовывать с биологически приемлемыми ПАВ высокодисперсные стабильные эмульсии, периодом полувыведения из организма, степенью задержки в организме. Основные проблемы, которые решают разработчики данного вида эмульсий ПФОС, касаются следующих аспектов:
- подбор состава фазы ПФОС, который обеспечивает оптимальное соотношение кислородной емкости и параметров выведения ПФОС из организма;
- выбор ПАВ, не обладающих токсичностью, надежно обеспечивающих стабильность эмульсии при хранении и транспортировке;
- создание технологий, позволяющих получать высокодисперсные эмульсии субмикронного уровня (наноэмульсии) на основе наночастиц ПФОС-ПАВ;
- минимизация реактогенности, побочных эффектов, связанных с внутривенным или наружным применением эмульсий ПФОС для живых организмов.
При анализе известного уровня техники выявлены следующие основные технические решения в части создания эмульсий ПФОС.
10
18
8
17
50
50
В техническом решении (патент RU № 2088217, опубл. 27.08.1997 г.; Институт биофизики клетки РАН) для уменьшения токсичности и увеличения стабильности при хранении предложена эмульсия ПФОС с газотранспортными свойствами (для медицины и фармацевтики), содержащая быстровыводящийся перфторуглерод-перфтордекалин (ПФД, CF) или перфтороктилбромид (ПФОБ, CFBr), объемная концентрация в эмульсии - от 40 до 50 об. %, высокомолекулярную перфторированную добавку (в качестве стабилизатора) - перфтор-n-метилциклогексилпиперидин (ПФМЦП), ПАВ-фосфолипиды. Эмульсии приготовляли на гомогенизаторе высокого давления при давлении 40 МПа в асептических условиях, обеспечивающих стерильность и апирогенность эмульсий. Средний диаметр частиц эмульсий измерялся на фотонно-корреляционном спектрометре "Coulter N4" и составлял от 220 нм до 265 нм. Токсичность эмульсии ПФД для кроликов LD - в интервале 10-15 мл/кг (доза эмульсии 20 мл/кг - абсолютно смертельна), токсичность различных эмульсий (ПФД, ПФОБ, ПФМЦП) для крыс LD - от 235 до 245 мл/кг.
2
3
2
4
В техническом решении (патент RU №2206319, опубл. 20.06.2003 г.; НПФ "Перфторан") предложена эмульсия ПФОС (для внутрисосудистого введения), содержащая быстро выводящийся перфторуглерод (смесь изомеров перфтордекалина в виде цис- и трансформ) и медленно выводящийся перфтортретичный амин (смесь изомеров перфтор-N-4-(метилциклогексил)-пиперидина), эмульгирующе-стабилизирующий агент (сополимер полиоксиэтилен-полиоксипропилена с мол. массой 6-10 тыс. Да, содержание в эмульсии 2-4%), физиологически приемлемый водно-солевой раствор с субстратом энергетического обмена. Эмульсия содержит дополнительно не менее трех видов взятых в небольших количествах примесей ПФОС, близких по структуре и физико-химическим свойствам к основным ПФОС. Соотношение быстро выводящихся и медленно выводящихся ПФОС составляет 2:1 или 3:1. Физиологически приемлемый водно-солевой раствор включает NaCl, KCl, MgCl, NaHCO, NaHPO и D-глюкозу.
Эмульсию ПФОС готовят смешиванием апирогенных стерильных компонентов путем пропускания смеси жидких перфторорганических соединений через водный раствор стабилизирующего агента и последующей многократной гомогенизацией полученной предэмульсии в двухконтурном гомогенизаторе высокого давления. Средний размер частиц эмульсий (компьютерный электронно-микроскопический контроль) составлял 60-70 нм, доля частиц диаметром 200-300 нм - 0,9-1,1%, после хранения и замораживания-оттаивания - 110 нм. Токсичность эмульсий ПФОС для мышей (при внутрибрюшном введении) LD50 - от 130 до 160 мл/кг, выживаемость кроликов 100% после внутривенного введения 20 мл/кг эмульсии ПФОС в течение 90 дней наблюдения. Изобретение обеспечивает минимизацию появления перекисей и тем самым снижение реактогенности эмульсии, стабильность эмульсии при хранении, замораживании-оттаивании, при попадании в кровоток, достижение низкой вязкости эмульсии для обеспечения высокой кислородной емкости препарата.
10
22
10
18
В техническом решении (патент RU № 2240108, опубл. 20.11.2004 г.; г. Пущино) предложена эмульсия ПФОС (для газопереносящих кровезаменителей, перфузионных сред, фармацевтических компонентов), содержащая специальную стабилизирующую добавку (жирные кислоты с С по С и/или их соли или триглицериды), быстровыводящееся перфторорганическое соединение (ПФД, CF) в количестве 25-50 об. %, высокомолекулярную перфторированную добавку (ПФМЦП) и эмульгирующе-стабилизирующий агент - фосфолипиды яичного желтка или сои. Соотношение содержания высокомолекулярной перфторированной добавки к содержанию быстровыводящегося ПФОС составляет от 1:2 до 1:10. Специальные стабилизирующие добавки введены для снижения среднего диаметра частиц эмульсии, увеличения дисперсности и стабильности при длительном хранении. В состав эмульсии входит антиоксидант, например альфа-токоферол и физиологически приемлемый водно-солевой раствор.
50
Эмульсии приготовлялись на гомогенизаторе высокого давления (40-60 МПа) в асептических условиях. Средний диаметр частиц эмульсий и распределение частиц по диаметрам измерялись на фотонно-корреляционном спектрометре "Autosizer II" фирмы "Malvern". Средний диаметр частиц эмульсий составлял (через 12 месяцев хранения при комнатной температуре) - от 196 нм до 265 нм. Токсичность эмульсий ПФОС (по примерам) для мышей LD - от 138 до 158 мл/кг. Изобретение обеспечивает повышение стабильности при хранении и снижение стоимости.
В техническом решении (патент RU № 2262920, опубл. 27.10.2005 г.; компания "Фаберлик") предложена водная эмульсия, содержащая перфторсоединения, воду, эмульгатор и эмульсионный воск. В качестве эмульгатора используется блок-сополимер оксидов этилена и пропилена в концентрации 5,0-20,0 вес. %. В качестве перфторсоединений могут быть использованы перфторалканы и циклоалканы, перфторированные амины и эфиры различного строения, бис(перфторалкил)этилены, перфтороктилбромид, а также их смеси. Смешивают при нагревании водный раствор эмульгатора и эмульсионный воск в необходимых количествах, в охлажденную массу вводят перфторсоединения при постоянном перемешивании на ультрамешалке. Эмульсия предназначена для косметологии и/или дерматологии. Изобретение повышает стабильность водной эмульсии перфторсоединений при хранении, способствует уменьшению размера частиц и улучшению органолептических свойств эмульсии.
лрГ
крГ
В техническом решении (патент RU №2393849, опубл. 10.07.2010 г.; ООО «Биология и фармакология перфторсоединений»; Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН) предложена эмульсия ПФОС для биологических и медицинских целей, содержащая смесь перфторуглеродов (ПФУ), основным компонентом которой является перфтордекалин (ПФД), и смесь перфторированных третичных аминов (ПФТА), основным компонентом которой является перфтор-N-(4-метилциклогексил)-пиперидин (ПФМЦП), стабилизирующий агент и физиологически приемлемый водно-солевой раствор с субстратами энергетического обмена. Компоненты ПФОС имеют значения критической температуры растворения в гексане (Т), различающиеся не более чем на 2-4°С. Соотношение быстро выводящихся и медленно выводящихся ПФОС составляет от 5:1 до 1:5. Эмульгирующе-стабилизирующий агент представляет собой смесь блок-сополимеров из группы блок-сополимеров полиоксиэтилена (ПОЭ)-полиоксипропилена (ПОП) (молекулярная масса 5-13 тыс. Да) со средним массовым содержанием полиоксипропилена 20%. Приготовление эмульсии ПФОС включает смешивание и диспергирование смеси жидких ПФОС с водным раствором эмульгирующе-стабилизирующего агента с последующим измельчением в гомогенизаторе высокого давления до субмикронного размера частиц эмульсии. Средний диаметр частиц эмульсий составлял (через 45 дней хранения при 4°С) - 100-110 нм. Величина LD50 для эмульсий достигала 165-200 мл на кг массы тела мыши при внутрибрюшинном введении. Изобретение предназначено для создания стабильной эмульсии ПФОС, в первую очередь, за счет уменьшения различий в величинах температур растворения в гексане (Т) внутри фторуглеродной самосборки.
8
10
11
12
10
22
В техническом решении (патент RU № 2469714, опубл. 20.12.2012 г.; ФГУП «ГНЦ "НИОПИК"»), которое выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения, предложена эмульсия перфторорганических соединений с газотранспортными свойствами, содержащая ПФОС, эмульгирующе-стабилизирующую добавку. Эмульгирующе-стабилизирующая добавка представляет собой неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ)-смесь блок-сополимеров окиси этилена и окиси пропилена и/или полиалкиленгликолевых эфиров токоферола с полиглицидиловыми эфирами фторированных спиртов и/или перфторированных спиртов в соотношении от 2:1 до 0,5:1, или анионное поверхностно-активное вещество (АПАВ)-соль моноэфира двухосновной карбоновой кислоты с алифатическими и/или с оксиалкилированными алифатическими и/или перфторированными спиртами, или смесь указанных НПАВ и АПАВ (при соотношении НПАВ и АПАВ от 39:1 до 1:39). Предлагается следующее соотношение компонентов, мас. %: ПФОС-8÷80,0; эмульгирующе-стабилизирующая добавка - 0,25÷8,0; физиологически приемлемый для организма раствор - остальное. В качестве ПФОС эмульсия может содержать смесь двух ПФОС: быстро выводящегося (C-С) ПФОС и медленно выводящегося (С-С) ПФОС в соотношении от 2:1 до 10:1 соответственно или смеси из трех или четырех ПФОС (быстро выводящихся и медленно выводящихся) в определенных соотношениях. Эмульсия в качестве быстро выводящегося ПФОС содержит перфтордекалин и/или перфтороктилбромид, в качестве медленно выводящегося ПФОС содержит азотсодержащее ПФОС-перфтортрипропиламин, или перфторметилциклогексилпиперидин, или перфтортрибутиламин, или их смеси. Эмульсия может дополнительно содержать жирные кислоты С-С или их соли в количестве до 0,15 мас. % или триглицериды в количестве до 0,5 мас. % или их смеси. Эмульсия может дополнительно содержать антиоксидант в количестве до 0,5 мас. %. Эмульсия в качестве физиологически приемлемого для организма раствора содержит физиологический или другой изотонический раствор. Эмульсия ПФОС может служить основой для создания кровезаменителей с газотранспортной функцией, а также рентгеноконтрастных средств и сред для сохранения органов. Состав позволяет получать эмульсию ПФОС, имеющую средний размер частиц 100-200 нм с разбросом диаметров частиц от 90 до 500 нм, отличием которой является ее устойчивость при хранении, в том числе при комнатной температуре. Для эмульсии ПФОС не требуется заморозка при длительном хранении. Срок хранения такой эмульсии при температуре от +4 до +30°С составляет не менее одного года, при этом средний диаметр частиц эмульсии в конце срока хранения не превышает 250 нм.
Устойчивость состава позволяет проводить его стерилизацию автоклавированием (например, в диапазоне температур от 100°С до 120°С). Отличием состава является возможность его применения без каких-либо предварительных операций размораживания и нагревания, что имеет большое значение при использовании препарата в экстренных случаях.
50
50
Определение острой токсичности (LD) для мышей показало, что эмульсии характеризуется низкой токсичностью - показатель LD не менее 140 мл/кг.
Отличием эмульсии является простая технология его изготовления, которая не требует использования сложного оборудования на основе гомогенизаторов высокого (до 1200 атм) давления. Для получения состава можно использовать обычный диспергатор, в частности общедоступный ультразвуковой диспергатор.
10
18
Следует отметить, что использование в эмульсиях ПФОС перфтордекалина (ПФД, CF) стабилизированного блоксополимерами окиси этилена и окиси пропилена (Проксанол 168, Проксанол 268) может приводить к расслаиванию эмульсий через несколько дней хранения. Введение в состав фосфолипидов несколько улучшает стабильность эмульсии, однако в целом может проявляться низкая агрегационная устойчивость частиц эмульсии в кровеносном русле, что обуславливается токсичностью ПФД. Введение в состав азотсодержащих ПФОС, например перфтор-n-метилциклогексилпиперидина (ПФМЦП), перфтортрибутиламина (ПФТБА) (имеют низкие значения давления насыщенных паров), стабилизирует эмульсии, но характеризуется продолжительным временем их задержки в органах и тканях, особенно ПФТБ (см. патент RU № 2088217, 27.08.1997 г.). Следует учитывать, что использование смеси различных по структуре ПФОС может уменьшать стабильность эмульсии при хранении (замораживании-оттаивании, или длительном хранении в незамороженном виде) и при попадании эмульсии в кровоток, что возможно связано с кластеризацией недостаточно однородной смеси веществ внутри частиц эмульсии и турбулентным движением фторуглеродной фазы вблизи адсорбционного слоя ПАВ-стабилизирующего агента (см. патент RU № 2393849, 10.07.2010 г.).
8
17
В составах эмульсий ПФОС в качестве быстро выводящегося ПФОС используется перфтороктилбромид (ПФОБ, CFBr), однако для получения ПФОБ применяются следующие экологически небезопасные технологические процессы:
а) бромирование перфтороктилиодида, который, в свою очередь, получают теломеризацией тетрафторэтилена под действием перфторэтилиодида [J.Fluor. Chem., 1998, v. 88. 2, 153; ЕР 1380557 А1 (2004); ЕР 1364934 А1 (2003)], перфторбутилиодида [Заявка на патент США 2011/28768 А1 (2011)] или смеси перфторэтил- и перфторбутилиодидов [Заявка на патент США 2007/249876 А1 (2007)];
б) бромирование перфтороктансульфонилхлорида, образующегося при электрохимическом фторировании октансульфонилхлорида [Патент США 2732398(1956)];
в) бромирование перфтороктилгидрида [Заявка на патент США 5073651 А1 (1991)], который получают восстановлением перфтороктилиодида [J. Fluor. Chem., 1987, v. 36, 49; US Patent 5073651 A1 (1991)];
г) анодное окисление перфторпеларгоновой кислоты в присутствии брома [АС СССР № 1141706 (1984)].
Во всех указанных способах необходимо использовать взрывоопасные либо высокотоксичные вещества, а именно тетрафторэтилен, безводный фтористый водород, либо перфторпеларгоновую кислоту, производство и использование которой в настоящее время запрещено из-за ее гепатотоксичного действия. Все эти факторы делают перфтороктилбромид труднодоступным соединением, что ограничивает масштабы его применения. В этой связи возникает потребность в новых веществах с аналогичными свойствами, способных заменить перфтороктилбромид в вышеуказанных областях.
Кроме того, соединения ПФОС на основе перфтордекалина и перфтороктилбромида имеют недостаточную гибкость фторалкильной цепи, недостаточные конформационные возможности, что снижает вязко-текучие свойства, динамическую кислородную емкость эмульсий ПФОС (в т.ч. диффузионные характеристики по кислороду), используемых для обеспечения газотранспортного эффекта в кровеносных сосудах и капиллярах, обеспечения надежной микроциркуляции крови.
Задача настоящего изобретения состояла в создании эффективной по физико-химическим и биологическим свойствам эмульсии перфторорганических соединений (ПФОС), не являющихся стойкими органическими загрязнителями (СОЗ), имеющими технически и экологически безопасную технологию изготовления, высокую стабильность при различных температурных режимах, необходимую динамическую кислородную емкость за счет повышения гибкости и конформационных возможностей фторалкильных цепей ПФОС, способствующих улучшению вязко-текучих и газотранспортных свойств эмульсий ПФОС, используемых для обеспечения газотранспортного эффекта в кровеносных сосудах и капиллярах, обеспечения надежной микроциркуляции крови.
Для решения поставленной технической задачи предложена эмульсия перфторорганических соединений с газотранспортными свойствами, содержащая основу в виде перфторорганического соединения, эмульгирующе-стабилизирующую добавку в виде блоксополимера окиси этилена и окиси пропилена с молекулярной массой 6000-13000 Да, физиологический раствор, при этом в качестве перфторорганического соединения используют смесь оксаперфторалкилбромидов формулы:
2
5
2
3
n
2
2
3
3
CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 5, удельная плотность 1,78-1,81 г/см, температура кипения при атмосферном давлении не более 142°С, эмульсия дополнительно содержит неионогенное поверхностно-активное вещество в виде фторалифатического эфира плотностью 1,1-1,17 г/см и со-эмульгатор со стабилизирующими свойствами на основе фосфолипида при следующем соотношении компонентов в эмульсии, об. %:
основа
4,5-45,0
эмульгирующе-стабилизирующая
добавка
0,2-8,0
фторалифатический эфир
10<sup>-3</sup>-10<sup>-2</sup>
со-эмульгатор
0,05-0,50
физиологический раствор
остальное
Согласно изобретению, в качестве со-эмульгатора со стабилизирующими свойствами используют EMULMETIK-300 и/или EMULMETIK-320.
2
5
2
3
n
2
2
3
Согласно изобретению, эмульсия содержит, предпочтительно, 10-20 об. % смеси оксаперфторалкилбромидов формулы: CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 5, удельная плотность не более 1,81 г/см, температура кипения при атмосферном давлении не более 142°С.
Согласно изобретению, в качестве перфторорганического соединения используют смесь оксаперфторалкилбромидов формулы:
2
5
2
3
n
2
2
3
CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 4, удельная плотность не более 1,78 г/см, температура кипения не более 140°С.
2
5
2
3
n
2
2
Согласно изобретению, эмульсия содержит, предпочтительно, 10-20 об. % смеси оксаперфторалкилбромидов формулы: CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 4.
Согласно изобретению, в качестве блоксополимера окиси этилена и окиси пропилена используют Проксанол-268.
При реализации настоящего изобретения разработана эффективная по своим физико-химическим свойствам эмульсия перфторорганических соединений с газотранспортными свойствами, имеющая:
2
5
2
3
n
2
2
3
а) технически безопасную технологию изготовления ПФОС на основе смеси оксаперфторалкилбромидов формулы: CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 5, удельная плотность 1,78-1,81 г/см, температура кипения при атмосферном давлении не более 142°С. Синтез получения данной смеси ПФОС основан на технологии использования промышленно производимых и коммерчески доступных продуктов в соответствии с процессом, описанным в патенте RU №2497801 C1, опубл. 10.11.2013 г., ЗАО НПО «ПиМ-Инвест». Созданное данной компанией соединение не относится к стойким органическим загрязнителям (СОЗ), обладает химической инертностью, высокой растворяющей способностью по отношению к кислороду, что позволяет использовать данный препарат в качестве основы для получения эмульсионных составов с газотранспортными свойствами и их широкого применения, в т.ч. в медицине;
б) высокую динамическую кислородную емкость за счет повышения гибкости и конформационных возможностей фторалкильных цепей используемого ПФОС, что способствует улучшению вязко-текучих свойств образуемой эмульсии, а также необходимую стабильность за счет наличия в составе эмульсии неионогенных поверхностно-активных веществ с со-эмульгатором, обеспечивающих агрегативную и седиментационную устойчивость эмульсии;
8
17
2
8
17
3
8
17
2
в) предлагаемый в составе эмульсии ПФОС не относится к категории запрещенных к производству и использованию веществ, в состав которых входит любая из следующих групп CFSO, CFSO или CFSON (см. Программа ООН по окружающей среде (UNEP). Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях. Комитет по рассмотрению стойких органических загрязнителей. Третье совещание. Женева, 19-23.11.2007 г.).
Таким образом, при анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих настоящему изобретению и обеспечивающих описанный выше результат.
Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения «новизна», «изобретательский уровень».
Настоящее изобретение может быть реализовано при использовании промышленно освоенных и коммерчески доступных оборудования и препаратов.
Осуществление изобретения
Реализация изобретения осуществляется по следующим этапам.
2
5
2
3
n
2
2
Этап 1 - технологический процесс синтеза для получения ПФОС в соответствии с методикой, описанной в патенте RU №2497801 на изобретение «Окса- и полиоксаперфторалкилбромиды и способ их получения», согласно которой были получены ПФОС в виде смеси оксаперфторалкилбромидов формулы: CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 5 по следующим примерам.
Пример 1 - смесь оксаперфторалкилбромидов формулы:
2
5
2
3
n
2
2
3
CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 3, удельная плотность 1,78 г/см, температура кипения при атмосферном давлении не более 137°С.
Пример 2 - смесь оксаперфторалкилбромидов формулы:
2
5
2
3
n
2
2
3
CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 4, удельная плотность 1,78 г/см, температура кипения при атмосферном давлении не более 140°С.
Пример 3 - смесь оксаперфторалкилбромидов формулы:
2
5
2
3
n
2
2
3
CFO-[CFCF(CF)O]-CFCFBr, где n от 1 до 5, удельная плотность 1,81 г/см, температура кипения при атмосферном давлении не более 142°С.
Полученные по примерам 1-3 ПФОС - жидкости - прозрачные, бесцветные, без запаха имеют высокую прочность связей C-F и слабые силы межмолекулярного взаимодействия, что обеспечивает повышенную способность ПФОС растворять различные газы, так растворяющая способность полученных по примерам 1-3 компонентов по отношению к кислороду составляет 53-54 об. %. Каждый компонент по примерам 1-3 изготовлен в количестве 200 мл.
Полученное по примерам 1-3 количество ПФОС наиболее целесообразно из условий дальнейшего их использования для приготовления эмульсий перфторорганических соединений с газотранспортными свойствами.
Заданное по изобретению количество ПФОС в составе эмульсии наиболее оптимально по условиям создания химически устойчивых коллоидных систем с высокой стабильностью при хранении и целесообразного использования их в медико-биологической практике.
Увеличение по изобретению количества ПФОС в составе эмульсии приводит к ухудшению ее эмульгирования.
Уменьшение по изобретению количества ПФОС в составе эмульсии неэффективно для условий ее использования в медико-биологической практике.
Синтезированное по изобретению ПФОС не относится к стойким органическим загрязнителям (СОЗ), химически инертно, имеет высокую растворяющую способность по отношению к кислороду, высокую динамическую кислородную емкость за счет повышения гибкости и конформационных возможностей фторалкильных цепей соединения. Указанное выше позволяет отнести данное соединение к быстровыводящимся из организма ПФОС с оптимальными количествами их использования в составе эмульсий для медицинских целей в количестве 10-20 об %.
Этап 2 - технологический процесс растворения в физиологическом растворе эмульгирующе-стабилизирующей добавки, дополнительного неионогенного поверхностно-активного вещества и со-эмульгатора.
Для осуществления данного этапа используют:
- традиционно используемый в медицинской практике физиологически приемлемый водно-солевой раствор, в частности, используют раствор, содержащий глюкозу, соли: хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, гидрокарбонат натрия, гидрофосфат натрия;
- блоксополимер окиси этилена и окиси пропилена с молекулярной массой 6000-13000 Да, предпочтительно Проксанол-268 (Эмуксол-268). Возможно также использование аналогов: Лутрол-Ф127, Проксанол-168, Плюроник-РЕ6800. Заданное по изобретению содержание (об. %) данного компонента оптимально. Снижение концентрации данной эмульгирующе-стабилизирующей добавки не позволяет получать стабильную эмульсию ПФОС, при увеличении концентрации свойства эмульсии практически не меняются, а в отдельных случаях ухудшаются;
3
- неионогенное поверхностно-активное (НПАВ) вещество в виде фторалифатического эфира (FLUOROALIPHATIC POLYMERIC ESTERS) плотностью 1,1-1,17 г/см, температура кипения не более - 200°С, торговая марка Novec Fluorosurfactant FC-4430. Препарат FC-4430 - продукт фирмы ЗМ (US). Данное фторорганическое НПАВ улучшает равномерность и стабильность распределения компонентов в составе эмульсии и повышает уровень монодисперсности частиц ПФОС в эмульсии. Заданное по изобретению содержание (об. %) фторалифатического эфира в эмульсии оптимально. Уменьшение количества данного НПАВ ухудшает равномерность и стабильность распределения компонентов в эмульсии и снижает монодисперсность частиц ПФОС. Увеличение количества данного НПАВ не приводит к улучшению вышеуказанных свойств эмульсии и может привести к повышению токсичности эмульсии в организме;
- со-эмульгатор со стабилизирующими свойствами на основе фосфолипида (лецитина) - EMULMETIK-300 и EMULMETIK-320, продукция фирмы «Lucas Meyer» (Франция), используются в качестве со-эмульгаторов, сопутствующих основному эмульгатору и стабилизирующих агентов. Заданное по изобретению содержание (об. %) со-эмульгатора в эмульсии оптимально и соответствует рекомендуемому фирмой-производителем количеству их использования в коллоидных структурах (для медицины и фармакологии).
При наличии в составе эмульсии ПФОС перечисленных выше ПАВ (блоксополимера окиси этилена и окиси пропилена, фторалифатического эфира) и со-эмульгатора формируется стабильная структура эмульсии ПФОС (в наноразмерном диапазоне), что обеспечивает эффективность и надежность ее применения и хранения. Целесообразность использования указанной смеси поверхностно-активных веществ с использованием Novec FC-4430 подтверждается целым рядом исследований в области создания биочернил для биопринтинга - печати человеческих органов живыми клетками, что позволило защитить живые клетки от механических повреждений, исключить их агрегацию и осаждение (см. журнал «Biomater. Sci.», 2013, 1, s. 224-230).
На этапе 2 (на основе вышеперечисленных препаратов) готовят путем смешивания раствор в количестве 400 мл, содержащий:
- 4 об. % - проксанол-268;
- 0,01 об. % - фторалифатический эфир Novec FC-4430;
- 0,08 об. % - лецитин (фосфолипид) EMULMETIK-300;
- остальное - физиологический раствор.
Этап 3 - технологический процесс приготовления эмульсии перфторорганических соединений (ПФОС) с газотранспортными свойствами.
На данном этапе используют:
- полученные на этапе 1 по примерам 1-3 жидкости ПФОС;
- полученный на этапе 2 раствор, содержащий вышеуказанные компоненты;
- ультразвуковой диспергатор Sonopuls HD-2070 фирмы «Banderlin», ВЧ-мощность - 35 Вт, ВЧ-частота - 20 кГц, время диспергирования не менее 10 мин.
Для реализации технологического процесса были получены эмульсии № I, II, III, каждая из которых содержит по 100 мл ПФОС по примерам 1, 2, 3.
Приготовление эмульсий. В стакан ультразвукового диспергатора Sonopuls HD-2070 загружают полученный на втором этапе раствор, включают ультразвуковой диспергатор и постепенно в данный раствор вводят ПФОС. Диспергирование производят не менее 10 мин, что обеспечивает получение высокодисперсной структуры эмульсии на основе перфторорганических соединений (ПФОС).
Эмульсии № I, II, III содержат 100 мл ПФОС соответственно по примерам 1,2,3 и остальное - физиологический раствор с эмульгирующе-стабилизирующей добавкой, НПАВ и со-эмульгатором. Заданное количество ПФОС (20 об. %) в полученных составах эмульсий № I, II, III оптимально для медико-биологических целей использования.
Эмульсии на основе перфторорганических соединений (ПФОС) с газотранспортными свойствами – это сложные коллоидные системы, свойства которых зависят от составляющих компонентов, их концентраций в композиции, от среднего размера частиц ПФОС в эмульсии. Размер частиц ПФОС - один из важных факторов, определяющих стабильность эмульсии, площадь поверхности газообмена, вязкость, длительность задержки в органах, при этом размер частиц определяет и токсичность эмульсии в целом.
Полученные на этапе 3 эмульсии № I, II, III расфасовывали по флаконам объемом 100 мл, заливая в каждый из них 60 мл названных эмульсий, флаконы закрывали пробкой, а затем осуществляли их автоклавирование при температуре 121°С (автоклав ВК-75-1).
Размеры частиц ПФОС в эмульсиях определяли с помощью метода фотонной корреляционной спектроскопии (принцип динамического лазерного светорассеивания) на приборе Beckman N5 Submicron Particle Size Analyzer (Beckman Coulter, USA) с использованием Contin-программ до и после автоклавирования эмульсии. В процессе измерений были выявлены характерные распределения исследуемых частиц ПФОС по размерам, например: 54,4 нм (67,1%) и 148,3 нм (32,59%), ср. диаметр частиц (Mean Size) - 85,0 нм; 76,3 нм (83,65%) и 222,9 нм (16,35%), ср. диаметр частиц (Mean Size) -100,3 нм. В таблице №1 представлены обобщенные данные исследований по определению размеров частиц ПФОС в эмульсиях. Параметры исследования: диапазон распределения (SDP range) - 2,0-5000,0 нм; угол светорассеяния (angle) - 90,0°; температура (temperature) - 21°С; разбавитель (diluent) - вода.
Результаты измерений свидетельствуют, что эмульсии № I, II, III с ПФОС получены со средними по размеру частицами в наноразмерной области, с относительно узким распределением размеров, переносят автоклавирование без разрушения стабильности и дисперсной структуры, без укрупнения частиц и выпадения осадка.
В результате исследований также установлено, что автоклавированные эмульсии хранятся в течение года без замораживания при 2÷4°С в бытовом холодильнике без существенного изменения дисперсности.
Биологическое исследование эмульсий № I, II, III осуществлялось на лабораторных мышах. Для эксперимента использовали по 16 мышей для каждого типа эмульсии ПФОС. Осуществляли внутривенное введение свежеприготовленных (автоклавированных) эмульсий и введение эмульсий после их хранения в течение года. Использовали по 20 мл на кг массы тела биологического объекта при общем объеме циркулирующей крови 65-70 мл/кг. Все животные после введения препарата выжили без каких-либо внешних патологических признаков.
Для эксперимента использовались также кролики, которые переносили внутривенное введение эмульсий № I, II, III без каких-либо последствий для здоровья как при дозе 10 мл на кг массы тела, так и при дозе 20 мл на кг массы тела.
Приведенные исследования по проверке выживаемости кроликов свидетельствуют, что созданные по изобретению составы эмульсии перфторорганических соединений (ПФОС) с газотранспортными свойствами не проявляют токсичность в отношении исследованных биологических объектов.
Созданная по изобретению эмульсия на основе бромпроизводных ПФОС обладает свойствами рентгеноконтрастности.
Эмульсия перфторорганических соединений (ПФОС) имеет высокую стабильность при различных температурных режимах, необходимую динамическую кислородную емкость за счет повышения гибкости и конформационных возможностей фторалкильных цепей ПФОС, способствующих улучшению вязко-текучих и газотранспортных свойств эмульсии ПФОС, используемой для обеспечения газотранспортного эффекта.