АМФИФИЛЬНЫЙ КЛЕЙ, СКЛЕИВАЮЩИЙ ПРИ НАДАВЛИВАНИИ, ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА
AMPHIPHILIC SENSITIVE ADHESIVE FOR GLUING HUMAN SKIN

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Клеи, склеивающие при надавливании, широко применяют для присоединения медицинских устройств, таких как устройство для удержания стомы, повязки на раны, имплантируемые инфузионные устройства и внутривенные линии течения жидкости в тело. Эти клеи являются биосовместимыми, мягкими на коже и безопасно присоединяют медицинские устройства к телу, если окружающее пространство является сухим. Обычно применяемые клеи, склеивающие при надавливании, основаны на акрилатах, полиолефинах и стироловых блок-сополимерах. В то время как эти клеи хорошо склеивают в сухих условиях, во влажных условиях, таких как в ходе потоотделения кожи, эти гидрофобные клеи утрачивают их клейкость к коже, что может привести к преждевременному отсоединению устройства от тела.
Существует потребность в улучшении клеящей способности клеев, используемых для присоединения медицинских устройств к коже в присутствии влаги. Традиционно, клеящая способность во влажном окружении достигалась путем добавления к клеям, склеивающим при надавливании, водопоглощающих наполнителей, таких как гидроколлоиды. Гидроколлоидные наполнители поглощают влагу и смягчают, обеспечивая влажную клейкость, тем самым улучшая прилипание к коже на более длительный срок. Однако недостатками этого подхода является снижение клейкости в сухом состоянии (липкости) клея из-за присутствия твердых наполнителей. Помимо этого, из-за аффинности наполнителей к воде, они растворяют клей и вымываются из клея, который может оставить липкий остаток на коже после удаления устройства.
Было бы желательно иметь клей, склеивающий при надавливании, для крепления медицинского устройства к коже или к телу человека так, чтобы клей обладал высокой клейкостью в сухом состоянии (липкостью), высокой силой сцепления, высокой клейкостью во влажном состоянии (сохранял клейкость даже во влажных условиях) и не вымывал из себя компоненты или не оставлял остатка.
ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
US 2006/0052545 A1 раскрывает композицию клея для склеивания во влажной среде на основе диблок-сополимера из гидрофильного и гидрофобного блоков. Гидрофобный блок представляет собой длинноцепочечный акрилат, такой как бутилакрилат и гексилакрилат, и гидрофильный блок выбирают из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, акриламида и метакриламида.
US 6855386 B1 раскрывает влажный клеящий карандаш, склеивающий при надавливании, содержащий продукт 30-70 вес.% мономера на основе сложного эфира (мет)акриловой кислоты, 30-70 вес.% гидрофильного кислотного мономера и 10-100 вес.% от суммы вышеупомянутых двух компонентов инертного пластификатора.
US 2008/0058475 A1 раскрывает амфифильный блок-сополимер, полезный для применений, требующих поглощения или проницания гидрофильных жидкостей, содержащий гидрофобные концевые блоки и гидрофильный средний блок.
US 5612136 A1 раскрывает композицию клея, склеивающего при надавливании, на основе сшитого сополимера на основе сложных эфиров (мет)акриловой кислоты, азотсодержащих основных мономеров и необязательного кислотного сомономера и сшивающего агента. Клей используют для улучшения клейкости клейкой ленты к автозапчастям для улучшенной стойкости к кислотным дождям.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Это изобретение относится к композиции амфифильного клея, склеивающего при надавливании, пригодного для крепления медицинского устройства на коже человека, в которой клей, склеивающий при надавливании, содержит сополимер, по меньшей мере, одного гидрофобного акрилового мономера или олигомера и, по меньшей мере, одного гидрофильного или амфифильного мономера или олигомера, такого, что амфифильный сополимер:
a) является сшитым,
b) не растворяется в водной среде,
c) впитывает менее 10% от своей массы в присутствии воды или влаги,
d) снимается с кожи человека и не оставляет остатка,
e) остается приклеенным к коже во влажных условиях и
f) имеет температуру стеклования ниже 25°C.
Гидрофобный мономер или олигомер представляет собой длинноцепочечный акрилат, выбираемый из бутилакрилата, изооктилакрилата, н-октилакрилата, 2-этилгексилакрилата и их комбинаций. Гидрофильный или амфифильный мономер или олигомер выбирают из акриламидов, N-алкилакриламидов, Ν,Ν-диалкилакриламидов, N-алкиламиноалкилакриламидов, метакриламидов, аминометакрилатов, N-алкиламиноакрилатов, Ν,Ν-диалкиламиноакрилатов, N-алкиламинометакрилатов, алкиламидоалкилсульфоновой кислоты и ее солей, N-винилпирролидонов, N-винилкапролактамов и их комбинаций.
Композиция клея, склеивающего при надавливании, обладает прочностью на отдир под углом 180 градусов от пластины из нержавеющей стали ниже 20 Н/дюйм, как было протестировано согласно ASTM D3330 при минимальном остатке на пластине.
Амфифильный клей, склеивающий при надавливании, по настоящему изобретению пригоден для крепления медицинского устройства, такого как устройства для удержания стомы, повязки на рану, имплантируемого инфузионного устройства или внутривенной линии течения жидкости в тело.
Кроме того, когда настоящее изобретение использует амфифильный сополимер из изооктилакрилата (IOA) в качестве гидрофобного акрилового мономера, N-изопропилакриламида (NIPAM) в качестве гидрофильного или амфифильного мономера и этиленгликольдиметакрилата (EGDMA) в качестве сшивающего агента в весовом соотношении, по меньшей мере, 3/1/0,05 (IOA/NIPAM/EGDMA), то в результате получается особенно эффективный клей, склеивающий при надавливании, для крепления медицинского устройства к телу.
Настоящее изобретение дополнительно включает композицию клея, склеивающего при надавливании, пригодную к креплению медицинского устройства к биологическим поверхностям, содержащую 0,1-100% амфифильного сополимера из, по меньшей мере, одного гидрофобного акрилового мономера или олигомера и, по меньшей мере, одного гидрофильного или амфифильного мономера или олигомера, которая не вытекает в присутствии влаги.
Амфифильный сополимер по настоящему изобретению представляет собой блок-сополимер, чередующийся сополимер, статистический сополимер, разветвленный сополимер или их комбинации.
Гидрофобные и гидрофильные или амфифильные мономеры трудно сополимеризовать из-за их несовместимости. Помимо этого, гидрофильные мономеры могут поглощать значительные количества воды или влаги во влажных условиях и набухать, что может влиять на клейкость.
В клеях, склеивающих при надавливании, баланс между клейкостью в сухом состоянии и чистым удалением (без остатка) со склеиваемой поверхности, которое напрямую связано с силой сцепления клея, трудно оптимизировать, поскольку они обратно пропорциональны друг другу. Один подход к оптимизации двух свойств заключается в сшивании клея. Обычно, сшивание понижает клейкость в сухом состоянии. Сшивание может быть физическим или химическим по своей природе. Химическое сшивание происходит благодаря ковалентному связыванию вместе более чем двух полимерных цепных сегментов. Физическое сшивание происходит путем физического зацепления полимерных цепей, и если полимерные цепи обладают высокой температурой стеклования, это приводит к твердой фазе. Ионные взаимодействия между группами в полимерной цепи могут также приводить к твердой фазе, которая может действовать как сшитый полимер. В настоящем изобретении сшивка относится к химическим сшивкам.
С удивлением было обнаружено, что сополимеризация определенных гидрофобных акрилатных мономеров и гидрофильных или амфифильных мономеров с подходящим химическим сшивающим агентом дает клеи с хорошей клейкостью к коже, даже если кожа вспотевшая, при отсутствии текучести в холодном состоянии или остатка при удалении со склеиваемой поверхности.
Поскольку водо- или влагочувствительный компонент нерастворим в воде и не впитывает воду или влагу более чем на 10 вес.%, то он способен сохранять свою силу сцепления и силу клейкости во влажном окружении.
Амфифильные сополимеры:
Синтез амфифильных сополимеров N-изопропилакриламида и изооктилакрилата
Обычная процедура синтеза для амфифильных сополимеров, через свободнорадикальную полимеризацию, выглядит следующим образом, с использованием поли(N-изопропилакриламид(NIPAM)-со-изооктилакрилата(IOA)) (1:4 вес.) в качестве примера: 2,4 г IOA и 0,6 г NIPAM добавляли в 25 миллилитровую стойкую к давлению реакционную колбу. Затем в колбу переносили 0,022 г Vazo 67. Затем в колбу добавляли 7 г этилацетата до получения 30 вес.% раствора. Смесь мягко встряхивали до тех пор, пока не получали прозрачный раствор. Затем ее продували азотом в течение 2 минут, герметично закрывали и оставляли на масляной бане при 59°C на 6 часов. Вслед за этим, растворитель выпаривали при комнатной температуре в течение 12 часов до получения более концентрированного раствора, который затем отливали на PET пленку и далее сушили в течение 12 часов при комнатной температуре. Сополимер в виде липкого твердого вещества трижды промывали метанолом и затем сушили при 45°C в течение 12 часов. Аналогичным образом синтезировали другие сополимеры с изооктилметакрилатом (IOMA), метакриловой кислотой (MA), N-винилкапролактамом (NVCL), диацетонакриламидом (DAAM) и N,N-диметилакриламидом (DMA).
Для полимеров, включающих в себя в качестве сшивающего агента EGDMA, растворы для формования получали по вышеописанной процедуре с концентрациями EGDMA 0,5 вес.% и ниже от общей массы полимера. Таким образом, для композиции NIPAM/IOA 1/3 + 0,5 вес.% EGDMA (сшитого) (см. таблицу 6), вес.% в композиции для трех ингредиентов составляют 24,9 вес.% NIPAM/74,6 вес.% IOA/0,5 вес.% EGDMA.
Клейкие ленты, склеивающие при надавливании
Обычная методика получения клеящей ленты с клеем, склеивающим при надавливании (пленки, формуемой поливом из раствора), по настоящему изобретению выглядит следующим образом: композицию полимера в изооктане (20 вес.%) наносили на полиуретановую пленку и оставляли при комнатной температуре на 12 часов, с последующей сушкой при 60°C в течение 5 часов для испарения растворителя. Клейкость сополимеров в сухом и влажном состоянии оценивали в лабораторных условиях путем надавливания шпателем для отдавливания языка на пленки, сформованные поливом из раствора, в течение определенного промежутка времени. Клейкость в сухом состоянии (липкость) оценивали в условиях окружающей среды. Для определения клейкости во влажном состоянии шпатель для отдавливания языка смачивали водой и затем надавливали им на пленки, сформованные поливом из раствора. Эти исследования также проводили, используя сухой и влажный палец вместо шпателя для отдавливания языка. Отобранные композиции также оценивали на испытуемых людях путем нанесения полоски клея размером 1 дюйм на 1 дюйм (покрытого полиуретановой пленкой) на сухую кожу на животе. Спустя 40-60 минут аэробной нагрузки, включающей потоотделение, клейкую пленку удаляли. Обнаружена хорошая корреляция между испытаниями на пациентах и лабораторными способами испытаний.
Результаты по изучению клейкости в сухих и влажных условиях представлены в таблицах 1-8, используя комбинации мономеров N-изопропилакриламида (NIPAM), изооктилакрилата (IOA), изооктилметакрилата (IOMA), N-винилкапролактама (NVCL), метакриловой кислоты (MA), диацетонакриламида (DAAM), N,N-диметилакриламида (DMA) и этиленгликольдиметакрилата (димера, EGDMA).
Примеры:
Таблица 1 показывает результаты испытаний клейкости шпателем для отдавливания языка для клеев на основе NIPAM и IOA. Можно видеть, что при весовом соотношении NIPAM/IOA 1:2 клейкость в сухом и влажном состоянии не является достаточной, в то время как сила сцепления является очень хорошей. При более высоких уровнях IOA в сополимере клейкость в сухом и влажном состояниях увеличивается, в то время как сила сцепления понижается, но все еще остается приемлемой. Даже в том случае, когда NIPAM/IOA при весовых соотношениях 1/3 и 1/4 оказывались приемлемыми, они обладали текучестью в холодном состоянии по краям клейкой ленты, которая была нежелательной.
Таблица 1Клеящая способность поли(N-изопропилакриламид-со-изооктилакрилата)
Полимер
Клейкость в сухом состоянии<sup>a</sup>
Клейкость во влажном состоянии<sup>b</sup>
Сила сцепления<sup>c</sup>
NIPAM/IOA (1:2) (несшитый)
0,5/0,5
0
5
NIPAM/IOA (1:2,5) (несшитый)
2/2,5
0,5
3,5
NIPAM/IOA (1:3) (несшитый)
2,5/3,5
0,5
3
NIPAM/IOA (1:4) (несшитый)
3,5/4
1
2
NIPAM/IOA (1:5) (несшитый)
4,5/5
1,5
2
a: Клейкость в сухом состоянии: клейкость после прижимания клея шпателем для отдавливания языка в течение ~0,5 секунд/клейкость после прижимания в течение ~10 секунд (нет клейкости - 0; отличная клейкость - 5); клейкость в сухом состоянии, оцененную на 2 или выше, считали приемлемойb: Клейкость во влажном состоянии: клейкость после прижимания клея шпателем для отдавливания языка в течение ~0,5 секунд; нет клейкости - 0; отличная клейкость - 5; клейкость во влажном состоянии, оцененную на 0,5 или выше, считали приемлемойc: Сила сцепления: низкое сцепление - 0; отличное сцепление - 5; силу сцепления, оцененную на 2 или выше, считали приемлемой
Таблица 2 показывает, что при соотношении NIPAM/IOMA 1/4 сила сцепления увеличивается, но клейкости в сухом и влажном состоянии уменьшаются. Соответственно, было определено, что IOMA не является желательным сомономером для настоящего изобретения.
Таблица 2Сравнение изооктилакрилата и изооктилметакрилата
Полимер
Клейкость в сухом состоянии
Клейкость во влажном состоянии
Сила сцепления
NIPAM/IOMA (1:4) (несшитый)
2/3
0
3
NIPAM/IOA (1:4) (несшитый)
3,5/4
1
2
Таблица 3 показывает результаты по клейкости для несшитых сополимеров IOA и NVCL. При соотношении IOA/NVCL 4/1 клейкость в сухом состоянии является хорошей, но сила сцепления не является требуемой. Возможно сшивание этой композиции сможет привести к амфифильному клею, склеивающему при надавливании, с лучшей силой сцепления.
Таблица 3Клейкость поли(изооктилакрилат-со-N-винилкапролактама)
Полимер
Клейкость в сухом состоянии
Клейкость во влажном состоянии
Сила сцепления
Вычисленная Tg (°C)
IOA/NVCL (1:1) (несшитый)
0
0
5
12
IOA/NVCL (1,5:1) (несшитый)
1,5
0
4
-5
IOA/NVCL (2:1) (несшитый)
2,5
0
3
-15
IOA/NVCL (4:1) (несшитый)
5
1,5
1,5
-34
Таблица 4 показывает, что с гидрофильным мономером, таким как метакриловая кислота, баланс между клейкостью и силой сцепления трудно достижим за исключением случаев с очень высоким весовым соотношением IOA к MA, таким как 16/1. При соотношении IOA/MA 16/1 клей обладает плохой силой сцепления.
Таблица 4Клейкость поли-(изооктилакрилат-со-метакриловой кислоты)
Полимер
Клейкость в сухом состоянии
Клейкость во влажном состоянии
Сила сцепления
IOA/МА (4:1) (несшитый)
0/0
0
5 (хрупкий)
IOA/МА (7:1) (несшитый)
0/0
0
5 (хрупкий)
IOA/МА (12:1) (несшитый)
2/3,5
0
3,5
IOA/МА (16:1) (несшитый)
4/>5
1,5
1
Таблицы 5 и 6 показывают влияние сшивания на клейкие свойства сополимеров NIPAM/IOA в тесте при ношении человеком. Тест включал присоединение кусочка клейкой ленты размером 1 дюйм × 1 дюйм на сухую кожу на животе испытуемого человека. За этим следовали 40-60 минут аэробной нагрузки, включающей потоотделение, и затем клейкую пленку удаляли. Как показано в таблице 5, добавление сшивающих агентов, полибутадиендиметакрилата (димера) или триметилолпропантриметакрилата (тримера), удивительным образом давало композицию клея с хорошей клейкостью в сухом и влажном состоянии и с улучшенной силой сцепления.
Аналогично, таблица 6 показывает, что сшивание композиции NIPAM/IOA этиленгликольдиметакрилатом (EGDMA) увеличивает силу сцепления (понижая текучесть в холодном состоянии по краям) при одновременном сохранении хорошей клейкости в сухом и влажном состоянии.
Таблица 5Тестирование клейкости на испытуемом человеке (сшитые относительно несшитых клеев)
Образец
Клейкость в сухом состоянии<sup>1</sup>
Клейкость во влажном состоянии<sup>2</sup>
Сила сцепления<sup>3</sup> при отдире
NIPAM/IOA (1/4) (несшитый)
5
5
2
NIPAM/IOA (1/3,5) (несшитый)
4
5
3
NIPAM/IOA/Димер (1/3,5/0,1) (сшитый)
4
5
4
NIPAM/IOA/Димер (1/3,5/0,2) (сшитый)
4
5
4
NIPAM/IOA/Тример (1/3,5/0,2) (сшитый)
4
5
4
Клейкость в сухом состоянии<sup>1</sup>: клейкую ленту наносили на сухую кожу и удаляли в сухих условиях; Нет клейкости - 0; высокая клейкость - 5; клейкость в сухом состоянии, оцененную на 3 или больше, считали приемлемойКлейкость во влажном состоянии<sup>2</sup>: клейкую ленту наносили на сухую кожу; удаляли в условиях потоотделения; нет клейкости - 0; высокая клейкость - 5; клейкость во влажном состоянии, оцененную на 2 или больше, считали приемлемойСила сцепления<sup>3</sup> при отдире: низкая сила сцепления - 0; высокая сила сцепления - 5; силу сцепления, оцененную на 4 или больше, считали приемлемой
Таблица 6Тестирование клейкости на испытуемом человеке (сшитые относительно несшитых клеев)
Образец
Клейкость в сухом состоянии<sup>1</sup>
Клейкость во влажном состоянии<sup>2</sup>
Сила сцепления<sup>3</sup> при отдире
NIPAM/IOA 1/4 (несшитый)
5
5
2
1. NIPAM/IOA 1/4+0,2% EGDMA (сшитый)
5
5
5
2. NIPAM/IOA 1/4+0,5% EGDMA (сшитый)
4
5
5
3. NIPAM/IOA 1/3+0,2% EGDMA (сшитый)
3
5
5
4. NIPAM/IOA 1/3+0,5% EGDMA (сшитый)
3
5
5
Клейкость в сухом состоянии<sup>1</sup>: клейкую ленту наносили на сухую кожу и удаляли в сухих условиях; нет клейкости - 0; высокая клейкость - 5; клейкость в сухом состоянии, оцененную на 3 или больше, считали приемлемойКлейкость во влажном состоянии<sup>2</sup>: клейкую ленту наносили на сухую кожу; удаляли в условиях потоотделения; нет клейкости - 0; высокая клейкость - 5; клейкость во влажном состоянии, оцененную на 2 или больше, считали приемлемойСила сцепления<sup>3</sup> при отдире: низкая сила сцепления - 0; высокая сила сцепления - 5; силу сцепления, оцененную на 4 или больше, считали приемлемой
Клейкость NIPAM/IOA клеев к нержавеющей стали (SS) испытывали, используя широкую полоску клея размером 4 дюйма × 1 дюйм, покрытого 1-миллидюймовой полиуретановой пленкой (толщина клеевого покрытия составляла примерно 6-7 миллидюймов) согласно ASTM D3330. Сила отдира от нержавеющей стали для клея на основе сшитого амфифильного сополимера NIPAM/IOA/EGDMA составляет примерно 8-16 Н/дюйм при отсутствии остатка на пластине.
Водопоглощение или впитываемость влаги измеряли, используя ASTM E-96 Метод D при 37°C. Водопоглощение NIPAM/IOA/EGDMA клея (в весовом соотношении 1/4/0,35) составляло менее чем 10%. Водопоглощение для клея на основе гидроколлоида могло бы составлять несколько сотен процентов из-за присутствия гидрофильных наполнителей, приводя к клеям, которые набухают, вытекают и возможно отстают от кожи. Клей на основе амфифильного сополимера по настоящему изобретению с водопоглощением <10% не допускает отставания от кожи из-за гидратирования или набухания. Следует отметить, что ни один из амфифильных сополимеров по настоящему изобретению не растворялся в воде.
Температуру стеклования (Tg) NIPAM/IOA/EGDMA (в весовом соотношении 1/4/0,35) измеряли, используя динамическую сканирующую калориметрию (DSC). Для клея на основе амфифильного сополимера были измерены две температуры стеклования Tg при -16°C и при +3,9°C. Амфифильные сополимеры по настоящему изобретению, обладающие Tg ниже 25°C, подходят для присоединения медицинских устройств к коже человека.