ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПО СПОСОБУ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ, И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
POLYMER COMPOSITES OBTAINED BY SOL-GEL METHOD, AND THEIR APPLICATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Представленное изобретение в основном касается уникальных полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, и их новых применений. Более конкретно, изобретение касается полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, которые образуют стойкое твердое вещество в ответ на физиологический стимул, причем стойкое твердое вещество имеет предварительно определенную проницаемость и механические свойства в ответ на физиологический стимул. Композиты легко инъекционно вводятся и имеют свойства сдвигового разжижения, что делает их полезными в широком диапазоне применений для здоровья человека и животных, когда желательным является вводить жидкость, которая быстро затвердевает после инъекции у субъекта. Изобретение также касается новых способов защиты молочных желез молочных животных от патогенной нагрузки путем применения композитов в качестве сосковых герметиков для уменьшения или предотвращения случаев мастита у животных.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Содержание всех патентов и публикаций, цитируемых в данном описании, включено в в даннй документ посредством ссылки во всей их полноте.
Гидрогели представляют собой сильно гидратированные, макромолекулярные сети, диспергированные в воде или других биологических жидкостях. Гидрогели, которые демонстрируют специфическое свойство повышенной вязкости при повышенных температурах, известны как термообратимые, термочувствительные (или термоотверждаемые) гидрогели. Известно, что термочувствительные гидрогели могут быть получены из полимеров природного происхождения, таких как хитозан, который является коммерчески доступным недорогим полимером, полученным частичным по отношению к фактически щелочному N-деацетилированию хитина, линейного полисахарида, состоящего из звеньев N-ацетилглюкозамина, связанных посредством β-1,4-гликозидных связей. Процесс деацетилирования обычно проводят с использованием горячих концентрированных гидроксидных растворов, как правило, гидроксида натрия.
Хитозан является биосовместимым, нетоксичным и неиммуногенным, что позволяет использовать его в медицинских, фармацевтических, косметических и тканевых областях. Например, использованными были наружное применение для глаз и внутриглазные инъекции или трансплантация вблизи сетчатки. Кроме того, хитозан метаболизируется-расщепляется некоторыми конкретными ферментами, например лизоцимом, и поэтому может рассматриваться как биоразлагаемый. Кроме того, сообщалось, что хитозан действует как усилитель проникновения, открывая плотные соединения эпителия. Хитозан также способствует заживлению ран и демонстрирует антибактериальные, противогрибковые и противоопухолевые свойства.
Сложность биологических структур, таких как натуральные ткани, в результате привела к тому, что исследователи изучали использование биоматериалов и медицинских устройств, которые вводятся на кожу или в организм субъекта в виде жидкости и которые становятся твердыми или твердоподобными, за счет простого применения или инъекции. Например, было показано, что хитозановые гидрогели полезны для регенерации хряща и предотвращения коленной боли, связанной с острыми и хроническими дефектами хряща. Было также показано, что гели на основе хитозана превращаются и служат в качестве каркасов для инкапсуляции клеток в межпозвонковом диске (IVD) путем захвата большого количества вновь синтезированного анионного протеогликана. Известно, что хитозан образует термообратимые гели в присутствии нескольких многовалентных анионов, таких как производные фосфатов. Температурно контролируемое рН-зависимое образование ионных полисахаридных гелей, таких как хитозан/органофосфатные водные системы, было описано, например, в публикации международной РСТ заявки WO 99/07416 и в патенте США №6,344,488. Однако гидрогели, полученные из ионных полисахаридов, таких как хитозан, являются слабыми и обычно образуются только после относительно длительного времени ожидания после смешивания полимера и солевого раствора. Это связано главным образом с тем, что трудно получить гомогенные, полностью гидратированные растворы хитозана с высокой концентрацией хитозана, особенно высокомолекулярного хитозана, из-за его плохой растворимости. Кроме того, несколько медицинских применений требуют обеспечения не только простого золь-гель-перехода, но и твердой структуры с желаемой макропористостью и механическими свойствами. Кроме того, температура является неспецифическим стимулом и может быть вызвана элементами вне человеческого организма, такими как жаркая погода или, для перорального применения, просто выпивать горячий напиток. Таким образом, существует потребность в реагирующих на стимул имплантатах и пластырях, которые могут достигать желаемых механических и/или проницаемых свойств только при срабатывании определенных физиологических стимулов.
В патенте США No 9,034,348 раскрываются инъекционные смеси хитозана, образующие гидрогели. Существуют описанные композиции хитозана, которые образуют гидрогель при близком физиологическом рН и 37°С, содержащий, по меньшей мере, один тип хитозана, имеющего степень ацетилирования, в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 60% и, по меньшей мере, один тип хитозана, имеющий степени деацетилирования, по меньшей мере, приблизительно 70%. Кроме того, раскрытой является композиция хитозана, которая образует гидрогель при близком к физиологическому рН и 37°С, который включает, по меньшей мере, один тип хитозана, имеющий степень деацетилирования, по меньшей мере, приблизительно 70% и молекулярную массу от 10 до 4000 кДа, и, по меньшей мере, одного типа хитозана, имеющего молекулярную массу от 200 до 20000 Да. Кроме того, раскрытыми являются способы получения и применения хитозановых композиций.
В опубликованной патентной заявке США No 2010/0028434 раскрываются регулируемые по температуре и зависящие от рН само-гелеобразующие биополимерные водные растворы. Существуют описанные биополимерные жидкие водные композиции для получения само-гелеобразующих систем и гелей, которые содержат кислотную среду на водной основе, от 0,1 до 10% по массе рН-гелеобразующего кислоторастворимого биополимера и от 0,1 до 10% по массе водорастворимой молекулы, имеющей основный характер, и рKа от 6,0 до 8,4 или водорастворимый остаток или последовательность молекулы, имеющей основный характер, и рKа от 6,0 до 8,4. Жидкие композиции имеют конечный рН, находящийся в диапазоне от 5,8 до 7,4 и образуют стабильный твердый и гомогенный гель в интервале температур от 10 до 70°С. Кроме того, описанными являются способы получения композиций и их применение.
Публикация патентной заявки США No. 2010/0285113 раскрывает обратные термические гелеобразующие композитные гидрогели, имеющие повышенную стабильность. Описанными являются композитные гидрогели, содержащие смесь водного раствора анионного полисахарида или его производного, такого как гиалуронан (также обычно называемый гиалуроновой кислотой) или его производного, и водного раствора метилцеллюлозы или другого водорастворимого производного целлюлозы, имеющего диспергированные полимерные частицы, такие как полимерные гидрофобные частицы, выбранные из микрочастиц и наночастиц, и при этом стабильность гидрогеля повышается по отношению к стабильности только одного гидрогеля. Полимерные частицы могут содержать, по меньшей мере, один терапевтический агент, в случае которого каждый терапевтический агент демонстрирует линейной скоростью замедленного высвобождения, которая может регулироваться или измениться, при выборе подходящей полимерной композиции микрочастиц и/или наночастиц. Композит может инъекционно вводятся, и в отсутствие терапевтического агента может использоваться в качестве наполнителя для восстановительной и косметической хирургии или может выступать в качестве платформы для последующей доставки терапевтических агентов.
Что касается вопросов, связанных с ветеринарным здоровьем, мастит представляет собой воспаление молочной железы, которое обычно вызывается бактериями, которые в большинстве случаев проникают в железу через сосок. В течение периода без лактации или «сухих периодов» в железе отложения кератина в сосковом отверстии и полосатом канале образуют первичный защитный механизм. Пробка кератина, которая образуется в соске животного, образует защитный барьер, и богатые иммунитетом ткани Розетки Фюрстенбурга в соске, а также естественные защитные факторы секреций сухой коры содержат высокие уровни естественных антибактериальные вещества (катионные белки), которые препятствуют прохождению бактерий из соска в соломенную цистерну (папиллярный синус) и цистерну сальника. Однако, эту кератиновую пробку и эти естественные иммунные защитные механизмы могут преодолеваться бактериальной инвазией, когда животное входит в сухой период в конце лактации, в течение сухого периода животного и/или во время отела. В результате бактерии вторгаются в железу и вызывают мастит в сухой период или, более конкретно, сразу после отела.
Основными патогенами, вызывающими мастит, являются виды Staphylococcal такие как, например, Streptococcus agalactiae, Staphylococcus aureus и подобные, Corynebacterium bovis, Mycoplasma, колиформы, такие как, например, Esherichia coli, Klebsiella spp., Enterobacter spp., и Citrobacter spp., экологические виды Streptococcal такие как, например, Strep, dysgalactiae, Strep, uberis, и Enterococcus spp., Pseudomonas spp., и подобные. Хотя мастит в основном вызывается бактериями, воспаление также может быть получено в результате вирусной инфекции (например, бычий герпес II и IV, вирус паравакцины, такой как Pseudo Cowpox, и тому подобные) или инфицирование атипичными патогенами, такими как микозы (например, Candida spp. и Aspergillus spp.) или микроорганизмы водорослей (например, Prototheca spp.) с или без развития вторичной бактериальной инфекции.
Мастит из-за присутствия патогенов может стать очень заразным заболеванием в пределах молочной фермы, что приводит к огромным потерям продукции для молочной промышленности. Уменьшение количества питьевого молока затем происходит из-за воздействия вредных патогенов или различных процедур, которые делают молоко не пригодным для потребления человеком. В то время как тяжелые случаи могут закончиться смертью, беспрепятственные вспышки могут также наносить постоянный ущерб вымю животных. В качестве основного эндемичного заболевания молочных животных мастит подвергает риску благополучие животных и часто влечет за собой довольно дорогостоящую ветеринарную помощь. Значение защиты раннего периода лактации от существующих и новых инфекций, которые навсегда сохраняются с сухого периода, остается весьма ценным для отрасли. Понятно, что лечение и контроль мастита является важной целью поддержания здоровья животных и снижения высоких издержек производства молока в молочной промышленности.
С этой целью были разработаны продукты для запечатывания соска животного для предотвращения мастита и других состояний, например, барьерные соски для уплотнения наружной поверхности и полоскания канала соска во время периодов доения и внутренних герметиков для сосков, чтобы блокировать или запечатывать канал для сосков или вставлять цистерну для сосков в сухой период, особенно для телок и коров, которые ранее испытывали одну или несколько беременностей.
Наряду с этими продуктами в уровне технике описаны несколько способов снижения частоты возникновения мастита, например, способ, включающий последовательное подачу из одного устройства доставки антимикробной композиции и герметизирующего состава в канал соска нечеловеческого животного, где герметизирующая композиция представляет собой нетоксичную соль тяжелого металла, такую как висмут (патент США №8,353,877); способ нанесения на сосковый канал и/или сосковую полость композиции, содержащей экзогенный кератин (патент США №8,226,969); способ формирования физического барьера в сосковом канале для профилактики в течение сухого периода животного путем инфузионного введения количества композиции для герметизации соска в сосковый канал животного, причем композиция для герметизации соска, не содержит висмут, и содержит соль нетоксичного, тяжелого металла титана, цинка, бария или их комбинации, а физический барьер не вызывает дефект черного пятна в молочных продуктах, изготовленных из молока от животного (патент США №7,906,138); и способ формирования антиинфекционного свободного физического барьера в сосковом канале животного для профилактического лечения мастита в течение сухого периода, включающий стадию введения герметизирующей композиции в сосковый канал животного без противоинфекционного средства, причем герметизирующая композиция содержит нетоксичную соль тяжелого металла, такого как висмут, в гелевой основе из стеарата алюминия с носителем, таким как жидкий парафин или гелевое основание, содержащее полиэтиленовый гель (патент США №6,254,881) и тому подобное.
Однако ни одна из существующих герметизирующих композиций или внешних погружных продуктов не запечатывает сосок молочного животного снаружи в течение достаточного количества времени для предотвращения мастита, особенно формы, которая может быть фатальной и/или очень заразной у животных, например, среди телок. Кроме того, в то время как герметизирующие составы для соска были установлены в качестве жизнеспособного способа для обеспечения более высокого уровня защиты независимо от выбора или введения антибиотиков, существующие на данный момент продукты на рынке не удовлетворяют спрос на простоту использования и долговременную приверженность тканей, удаление, предотвращение загрязнения молока и предотвращение дефектов черного пятна в выдержанном сыре. Поэтому необходима нетоксичная композиция, которая легко и безопасно для животного-обработчика для введения и которая предпочтительно образует эффективное, долговременное уплотнение непосредственно на ткани (то есть «in situ»). Кроме того, необходимо, чтобы герметизирующая композиция не мешала качеству молока, йогурта или сырных продуктов молочного животного, полученных из молока, особенно для герметизирующего состава, чтобы избежать дефекта черного пятна в выдержанном сыре. Действительно, в ветеринарной области существует определенная признанная в уровне техники потребность найти долговременную, нетоксичную, не раздражающую герметизирующую композицию, которая образует адекватный барьер на соске животного, чтобы предотвратить или значительно снизить частоту возникновения мастита, вызванного патогенами, предпочтительно без использования антибиотиков или других лекарственных средств, для которых требуется период удержания общественного потребления животного молока. Кроме того, существует определенная потребность в поиске долговременной герметизирующей композиции, которая может содержать антибиотики и тому подобное для эффективного лечения или профилактики мастита.
Таким образом, целью представленной технологии является создание полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, которые улучшают недостатки известных гидрогелей.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Представленное изобретение касается новых полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, которые включают хитозан, гидрофильный полимер, и гелеобразующий агент в подходящей среде. Преимущественно, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, может образовывать надежное уплотнение или стойкое твердое вещество в ответ на один или несколько физиологических стимулов. Данное изобретение, кроме того, касается различных медицинских и ветеринарных применений полимерных композитов, полученных по способу золь-гель. В частности, изобретение включает в себя новые способы формирования физического барьера в сосковом канале молочного животного для профилактического лечения или предупреждения расстройств молочной железы, которые происходят главным образом по мере того, как животное входит в сухой период или в течение сухого периода, который включает основную стадию применения извне полимерного композита, полученного по способу золь-гель, к соску животного или инфузионного введения композита в сосковый канал или цистерну. Предпочтительно, композиционные гели или быстро затвердевают в ответ на один или несколько физиологических стимулов с образованием стойкого твердого вещества. Данное изобретение также предусматривает системы для формирования физического барьера в сосковом канале молочного животного для лечения нарушений молочной железы, причем указанная система содержит полимерный композит, полученный по способу золь-гель, и инфузионное устройство для инфузионного введения композиции в сосковую цистерну животного. Такие системы позволяют сосковому герметизирующему составу блокировать инвазию молочной железы вызывающим мастит микроорганизмом или уменьшить появление или повторное появление инфекции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предпосылки создания изобретения и отступление от уровня техники будут далее описаны в данном документе ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фигура 1 показывает графики зависимости модуля упругости (С) от времени и тангенс угла потерь (tan δ=G''/G') при скачке температуры от 25 до 37°С зарегистрированном при f=0,1 Гц и осцилляторном напряжении τ=1 Па, для (A) F1-20141210 и (В) F4-20141210 композиций.
Фигура 2 показывает график график зависимости модуля упругости (С) от времени и тангенс угла потерь (tan δ=G''/G') при скачке температуры от 25 до 37°С для F1-20141210 композиции, зарегистрированном в момент времени 0 и 12 недель после стерилизации при f=0,1 Гц и осцилляторном напряжении τ=1 Па.
Фигура 3 показывает график результатов стрессового искривления для композиций F1-20140825 (нестерильных) и F1-20141210 (стерильных и хранившихся в течение 12 недель при комнатной температуре), зарегистрированных на частоте колебаний f=0,1 Гц и при температуре Т=25°C. Стрелка указывает на начало области сдвиговое разжижение, которая была одинаковой для обоих образцов.
Фигура 4 показывает график зависимости температуры гелеобразования от количества нанокристаллической целлюлозы (NCC) для композиции 17% масс/масс. Pluronic F127 в 1% масс./масс. хитозану (СН) (рН приблизительно 6).
-1
Фигура 5 показывает график вязкости PVA-ацилата при 6 с как функция времени и при разных температурах.
Фигура 6 показывает результаты стрессового искривления для полимерного композита, полученного по способу золь-гель, для композиций F1-F4, как указано, при частоте колебаний f=0,1 Гц и температуре Т=25°С. Стрелки указывают начало области сдвигового разжижения.
Фигура 7 показывает зависимость модуля упругости G' от времени и тангенс угла потерь, tan δ=G''/G', при скачке температуры от 25 до 37°С, зарегистрированном при f=1 Гц и осцилляторном напряжении τ=1 Па.
Фигура 8 показывает среднюю скорость высвобождения амоксициллина из полимерного композита, полученного по способу золь-гель, для композиции F2 при Т=25°С и Т=37°С. Шкалы ошибок представляют собой стандартное отклонение (n=3).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с представленным изобретением, предусмотренными являются новые полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, которые содержат хитозан, гидрофильный полимер, и гелеобразующий агент в подходящей среде, желательно водной среде и более желательно, в слабокислой среде на водной основе. Полимерный композит, полученный по способу золь-гель, имеет свойства сдвигового разжижения такое, что композит может деформироваться в шприце при комнатной температуре. Полимерный композит, полученный по способу золь-гель, также способен инъекционно вводиться с использованием шприца с одним цилиндром и тому подобного. Предпочтительно, композит способен образовывать твердое, часто очень стойкое твердое вещество, в ответ на один или несколько физиологических стимулов без добавления каких-либо других агентов. В реакции на стимул, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, часто быстро затвердевает. Другим преимуществом является то, что композит обеспечивает мгновенное гелеобразующее стойкое твердое вещество, способное выдерживать механическое или гидравлическое давление в физиологических условиях. Кроме того, композит способен образовывать непротекающий, непрокапывающую закупорку после инъекции субъекту млекопитающему.
Изобретение, кроме того, предусматривает многочисленные медицинские и ветеринарные применения для полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, которые получают преимущества от специально разработанных композиций. В то время как применения у человека станут очевидными из изобретение, предпочтительное применение относится к уникальному способу формирования физического барьера в сосковом канале молочного животного для профилактического лечения нарушений молочной железы, которые обычно возникают, когда животное начинает высыхать или во время сухого периода, включающий стадию введения полимерного композита, полученного по способу золь-гель, в сосок или внутрь соскового канала животного, предпочтительно выжимая композицию, которая образует гель или быстро затвердевает в ответ на один или несколько физиологических стимулов с образованием прочного уплотнения или стойкого твердого вещества. Кроме того, изобретение предусматривает новые способы лечения, которые блокируют инвазию молочной железы микроорганизмами, вызывающими мастит, и уменьшают или предотвращают случаи новых инфекций или повторных инфекций.
Данное изобретение включает системы для формирования физического барьера, который предпочтительно является внутренним барьером в сосковом канале, молочного животного для предотвращения расстройств молочной железы или для уменьшения вредного воздействия инфекции, причем указанная система содержит полимерный композит, полученный по способу золь-гель, и устройство доставки для инфузионного введения композиции в сосковую цистерну животного. Такие системы разрешают лечение за счет блокирования инвазии молочной железы микроорганизмами, вызывающими мастит, или снижают риск возникновения или повторного возникновения инфекции. Более конкретно, представленное изобретение предусматривает способы и системы, в которых полимерный композит, полученный по способу золь-гель, вводится инфузионно преимущественно, когда животное начинает высыхать или в течение сухого периода молочного домашнего животного, предпочтительно телки или коровы, но также может включать других животных, таких как козы, овцы, водные буйволы и тому подобное. Полимерный композит, полученный по способу золь-гель, действует как помощь в предотвращении и контроле мастита в течение периода высыхания, таким образом, уменьшая клинические и субклинические случаи в течение периода высыхания и на первом этапе (после отела) лактации. Оставаясь в сосковом канале в течение всего сухого периода, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, устраняет или уменьшает микробную инвазию через сосковый канал во время периодов высокого риска у ранее свежего молочного животного.
В одном аспекте, изобретение предусматривает способы борьбы с микробиальным маститом молочной железы у молочного животного, где способ позволяет получать молоко, полученное от животного, используемого для производства молочного продукта, причем способ включает нанесение местно или инфузионное введение полимерного композита, полученного по способу золь-гель, непосредственно на соответствующую ткань молочной железы молочного животного или в пределах соскового канала для образования запечатывания соска. Данный герметизирующий состав для соска обычно вводится путем внутримышечного введения в каждый сосок во время высыхания. Предпочтительно, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, наносят или инфузионно вводят перед инфицированием здорового животного. В другом аспекте, изобретение предусматривает способы снижения времени удержания молока, полученного от животного, которое подвергается лечению от мастита, до того, как разрешено общественное потребление при производстве молочного продукта, причем полимерный композит, полученный по способу золь-гель, наносят местно на или инфузионно вводят в сосковый канал животного. Представленное изобретение также предусматривает способы уменьшения времени удержания молока, полученного от животного, прошедшего профилактическую обработку, для предотвращения или уменьшения частоты мастита с целью улучшения производства молочного продукта, где полимерный композит, полученный по способу золь-гель, наносят местно или инфузионно вводят в сосковый канал животного.
Еще более конкретно, представленное изобретение предусматривает указанные выше способы, в которых молочный продукт представляет собой молоко, йогурт или сыр. Когда молочный продукт представляет собой молоко, способы включают сухое или жидкое молоко. Кроме того, изобретение предусматривает такие способы, в которых полимерный композит, полученный по способу золь-гель, вводится с использованием интрацистернальной инфузии или путем погружения соска. Во всех вариантах осуществления, животное, не относящееся к человеку, которое нуждается в соответствующих ветеринарных видах использования представленного изобретения, предпочтительно является телкой или коровой, но также может представлять собой другое животное молочного животноводства; и введение предпочтительно достигается путем интрацистернальной инфузии, когда животное начинает высыхать или в течение сухого периода. Кроме того, изобретение предусматривает такие способы, в которых полимерный композит, полученный по способу золь-гель, вводится во время послеродового периода нелактирующего животного или, в которых полимерный композит, полученный по способу золь-гель, вводится во время предродового периода животного.
Герметизирующий состав для соска согласно представленному изобретению обеспечивает много преимуществ по сравнению с существующими на рынке герметизирующими составами за счет повышения простоты использования (как введения, так и удаления), а также в общей сумме его нового качественного профиля, например, нетоксичности, биосовместимости, способности к биологическому разложению, эластичности (податливости), долговременной тканевой адгезии, способности к сжижению, текучести при комнатной температуре, способности затвердевать в ответ на температуру тела, быстрого времени гелеобразования при 37°С, нераздражающего и инертного характера и подобного неплавкие полимерного композита, полученного по способу золь-гель. В частности, способные к инфузии на водной основе, с тепловым переходом золь-гель-гидрогели являются уникальными текучими средами при комнатной температуре, но образуют гель при температуре тела в сосковом канале. Полимерные композиции, полученные по способу золь-гель, демонстрируют с заданными свойствами характеристику сдвигового разжижения, что позволяет легко инфузионно вводить в широком диапазоне температур, а также удалять путем ручной очистки из соскового канала. После удаления из полости тела, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, возвращается в жидкую фазу при комнатной температуре, что приносит реальную пользу молочным продуктам. Кроме того, в отличие от существующих коммерческих герметизирующих составов, герметизирующий состав для соска согласно данному изобретению не прилипает к трубам из нержавеющей стали (молочным линиям) или объемным емкостям во время начальной стадии обработки молока и могут быть очищенными (то есть, промышленные поверхности будут легко очищаться) во время стандартных процедур мытья холодной или горячей водой, что в конечном итоге позволяет избежать загрязнения молока, тем самым предотвращая дефект черного пятна, часто наблюдаемого в выдержанных сырах, и вызываемая известными традиционными герметиками для сосков.
Кроме того, предпочтительно, герметизирующий состав для соска согласно изобретению исключает или значительно уменьшает время удерживания молока, полученного от животного, не относящееся к человеку, которого профилактически обрабатывают для предупреждения мастита, тем самым избегая или уменьшая стандартный период отвода молока, который требуется, когда животным дают антибиотики. В равной степени практичный, герметизирующий состав для соска может быть предпочтительно разработан так, чтобы он был полностью совместим с культурами закваски для сыроделия, при приготовлении с относительно нейтральным рН путем изменения солевого компонента полимерного композита, полученного по способу золь-гель. Молозиво от обработанных животных также является безопасным для кормления телят.
Определения
Следует понимать, что все используемые в данном документе научные и технологические термины имеют то же значение, которое обычно понимается специалистами в данной области техники. Следующие определения даны просто для иллюстрации общих значений основных терминов, используемых в связи с представленным изобретением.
Термин «вымя» относится в данном документе к железистой, молочной структуре женского рода жвачного животного, такого как корова, коза, овца, водный буйвол и тому подобное. У коров оно состоит из четырех независимых желез, с одним соском и с одним выходным каналом, а овцы и козы имеют две железы. Термин "сосок" относится в данном документе к проецирующей части молочной железы, содержащей часть молока или пазухи соска.
Термин "герметизирующий состав для соска" относится в данном документе к композициям и устройствам, используемым для формирования физического барьера на поверхности или внутри соска животного. Герметизирующий состав для соска может находиться на поверхности сосков, внутри соскового протока соска, и/или внутри цистерны соска.
Термин "антимикробный" относится в данном документе к веществу, которое убивает или ингибирует рост или размножение микроорганизмов, таких как бактерии, вирусы, грибы, дрожжи или простейшие.
Термин "раствор" относится в данном документе к растворам, суспензиям или дисперсиям, если не указано иное. Термин "спрей" как используется в данном документе относится к распыляемой композиции, такой как состоящей из небольших или больших капель жидкости, например, наносимых с применением аэрозольного разбрызгивателя или разбрызгивателя для распыления насосом с целью назначения широкого применения композиции.
Термин "поток" относится в данном документе к непрерывному, непосредственному и целенаправленному применению композиции. Термин «инфузия» относится в данном документе к непрерывному введению жидкости или раствора в полость, вену или цистерну.
Термин "млекопитающее" относится в данном документе к теплокровному позвоночному животному класса млекопитающие, который включает в себя как человека, так и животное, которое имеет волосы или мех на коже, секрецию молока из продуцирующих молоко молочных желез у самок для питания молодняка и четырех камерного сердца.
Для вариантов осуществления изобретения, которые касаются мастита, термин «животное» в данном документе касается самки, не относящейся к человеку млекопитающему, которая имеет период лактации, который включает, но не ограничивается этим, сельськохозяйственных животных, таких как коровы, овцы, козы, лошади, свиньи, водные буйволы и тому подобное. Предпочтительно животное представляет собой молочную корову. Хотя и «коровы», и «телки» являются женскими особами, термин «телка» относится к какой-либо молодой корове, которая не родила телята, как правило, отнятого от вымя и в возрасте до 3 лет. Термин «корова» часто относится к более старшей самке-животному, которая родила теленка.
Термин «сухой период» относится в данном документе к нелактирующей фазе цикла лактации коровы или другого молочного животного. Это происходит между окончанием одного цикла лактации и началом следующей лактации. В конце каждого цикла лактации животное начинает фазу «высыхания», когда животное входит в сухой период, который включает обычные физиологические, метаболические и эндокринные изменения, связанные с прекращением продуцирования молока в течение периода без лактации (сухой период) животного.
Термин «молочный продукт» относится в данном документе к продукту, содержащему какое-либо количество молока в жидкой или порошкообразной форме. Кроме того, включенными являются сыр и йогурт.
Термин «послеродовой период» относится в данном документе к периоду времени, начинающемуся сразу после отела и продолжающемуся около шести недель. Термин "предродовой период" относится в данном документе к периоду времени во время беременности, который предшествует отелу. Термин "околородовой" относится в данном документе к периоду непосредственно перед и после отела.
Термин "инволюция" относится в данном документе к первым двум-трем неделям после прекращения продуцирования молока у коров.
Термин «кератиновая пробка» относится в данном документе к окклюзии на основе кератина соскового канала/соскового протока коровы после прекращения продуцирования молока в течение сухого периода.
Термин "микробная инвазия" относится в данном документе к движению патогенных микроорганизмов, таких как, например, бактерии, особенно гнойные или некротизирующие бактерии, вирусы, грибы, дрожжи, простейшие и тому подобное, которые размножаются в тканях организма или полостях организма, что в результате приводит к повреждению ткани, которое может прогрессировать до инфекции и/или заболевания. Для целей изобретения, "микробная инвазия" обычно относится в данном документе к "бактериальной инвазии."
Термин "полимерный композит, полученный по способу золь-гель," относится в данном документе к полимерной композиции, которая может подвергаться способу золь-гель с образованием золь-гель состояния при определенных условиях, как описано в данном документе. Термины «твердое вещество», и «гель», и «отверждение», и «гелеобразование» используются в данном документе взаимозаменяемо для обозначения геля / твердого вещества, образовавшегося после того, как происходит фазовый переход золь-гель в ответ на один или несколько физиологических стимулов.
Термин «полимер» относится в данном документе к материалу, который включает в себя набор макромолекул. Макромолекулы, включенные в полимер, могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от друга определенным образом. Макромолекула может иметь какую-либо из множества скелетных структур и может включать один или несколько типов мономерных единиц. В частности, макромолекула может иметь скелетную структуру, которая является линейной или нелинейной. Примеры нелинейных скелетных структур включают разветвленные скелетные структуры, такие как ветви с разветвленной звездой, расщепленные, разветвленные или дендритно-разветвленные и сетевые скелетные структуры. Макромолекула, включенная в гомополимер, обычно включает один тип мономерной единицы, тогда как макромолекула, включенная в сополимер, обычно включает два или более типов мономерных единиц. Примеры сополимеров включают статистические сополимеры, случайные сополимеры, чередующиеся сополимеры, периодические сополимеры, блок-сополимеры, радиальные сополимеры и привитые сополимеры.
Как используется в данном документе со ссылкой на полимер, термин «молекулярная масса (ММ)» относится к среднечисленной молекулярной массе, средневесовой молекулярной массе или индексу расплава полимера.
2
2
Термин "модуль упругости" (также называемый как «модуль Юнга» или модулем хранения (С)) определяется в данном документе как изменение стресса при приложении напряжения (то есть отношение напряжения сдвига (сила на единицу площади) к деформации сдвига (пропорциональная деформация)) в материале. По существу, модуль упругости представляет собой количественное измерение жесткости эластичного материала, который измеряет способность испытуемого материала вернуться к его первоначальной форме и размеру. G' может быть рассчитан с использованием формулы, полученной из закона Гука, который гласит, что модуль упругости равен отношению напряжения к деформации (то есть соотношение приложенного давления к относительному изменению в размере). Мера модуля упругости описывается как сила на единицу площади (стандартное метрическое соотношение Ньютона к единице площади (Н/м) или паскаль (Па), в котором один паскаль эквивалентен одному Ньютону (1 Н) силы, приложенной к площади в один метр квадратный (1 м)). Данная единица паскаля является признанным в уровне техники термином, который часто используется для определения единицы давления, прочности на растяжение, напряжения и эластичности.
Термин "сдвиговое разжижение", как используется в данном документе, относится к общей характеристике неньютоновских жидкостей, в которых вязкость жидкости уменьшается с увеличением скорости сдвига или напряжения. Сдвиговое разжижение наблюдается в суспензиях, эмульсиях, полимерных растворах и гелях. Из-за свойств сдвигового разжижения, становится возможным уменьшение вязкости полимера, макромолекулы или геля благодаря увеличению скорости сдвига. В принципе, в результате снижения вязкости при увеличении скорости сдвига свойство "сдвиговое разжижение" представляет собой меру способности временной гидрогелевой сети к деформированию посредством применения мягкого ручного давления из поршня шприца. Данное явление сдвигового разжижения может быть использовано, например, для того, чтобы сделать другой жесткий биосовместимый гидрогель неплавким.
Термин "тангенс угла потерь tan δ'' или "tan δ'' относится в данном документе к тангенсу фазового угла, то есть соотношение модуля вязкости (G") к модулю упругости (С) и полезный квантификатор присутствия и степень упругости в жидкости. Значения tan δ меньшие единицы, указывают на упруго-доминантное (то есть, подобное твердому веществу) поведение, и значения, превышающие единицу, указывают на вязко-доминантное (то есть, подобное жидкости) поведение. У эластичных твердых веществ, tan δ''=0.
Как используется в данном документе, термин "стойкий" предназначен означать модуль упругости G', который обычно может варьироваться в широких пределах от приблизительно 420 Па или выше, от приблизительно 600 до приблизительно 10000 Па или от приблизительно 6000 до приблизительно 10000 Па и т.д. при физиологической температуре. Исходя из уровня жесткости, твердое тело, например, деформируется при приложении нагрузки к нему. Если материал эластичен, тело возвращается в первоначальную форму после снятия нагрузки. "Стойкое твердое вещество" обычно представляет собой гель или твердое вещество, образованное после фазового перехода золь-гель, для которого G' в физиологических условиях (например, 37°С, и/или вблизи физиологического рН) обычно превышает приблизительно 560 Па, хотя стойкие твердые вещества могут формироваться ниже приблизительно 560 Па или выше приблизительно 10000 Па в зависимости от других факторов на стадиях процесса изготовления, стерилизации или хранения композиции.
Термин "физиологическая температура", как используется в данном документе, относится предназначен для обозначения нормального диапазона температуры тела для млекопитающего, например, от приблизительно 35°С до приблизительно 40°С, приблизительно 36°С до приблизительно 40°С, приблизительно 37°С, приблизительно 37,5°С и т.д.
Термин "один или несколько физиологических стимулов" относится в данном документе к выбору одного или нескольких стимулов, охватывающих, но не ограничиваясь этим, температуру (например, температуру тела, такую как температура от приблизительно 36°С до приблизительно 40°С, или приблизительно 37°С), рН (например, вблизи физиологических рН, щелочных или кислых условий), ионную силу (например, гипотонические или гипертонические условия) и подобные. Другие типы физиологических стимулов включают воздействие на физическую жидкость, такую как, например, грудное молоко или другие выделения, кровь и тому подобное. Другой тип стимулов может возникать при контакте с физическим химическим веществом или макромолекулой, такими как, без ограничения ионы, электролиты, кальций, натрий, цитотоксины, макрофаги, ферменты, антигены, глюкоза, эстроген и т.д.
Компоненты и характеристики композиции
Как правило, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, согласно представленному изобретению включает хитозан, гидрофильный полимер, и гелеобразующий агент в подходящей кислотной среде на водной основе. Необязательно, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, дополнительно включают усиливающий агент, такой как подходящие нанокристаллические наполнители и/или один или несколько противомикробных агентов. Преимущественно, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, образует надежное уплотнение или стойкое твердое вещество в ответ на один или несколько физиологических стимулов. Композиции демонстрируют уникальную комбинацию продуктивности, набухания и адгезии.
Для элементов нового полимерного композита, полученного по способу золь-гель, хитозан является ацилированным в некоторых случаях, например, хитозан включает ацилхитозан, который включает, но не ограничивается этим, карбоксиметилхитозан (CMCh). В некоторых вариантах осуществления, хитозан имеет степень деацетилирования (% DDA), по меньшей мере, приблизительно 75%, по меньшей мере, приблизительно 77%, по меньшей мере, приблизительно 80%, или, по меньшей мере, приблизительно 90%. В некоторых вариантах осуществления, хитозан имеет %DDA приблизительно 75%, приблизительно 77%, приблизительно 80%, приблизительно 95%, приблизительно 96%, приблизительно 97%, приблизительно 98%, приблизительно 99%, или выше. Гидрофильный полимер включает, но не ограничивается этим, метилцеллюлозу (МС), такую как простые эфиры метилцеллюлозы или простые эфиры целлюлозы, поливинил ацетат (PVA), PVA-ацилат, гидроксипропилцеллюлозу (НРС), этилгидроксиэтилцеллюлозу (ЕНЕС), гиалуроновую кислоту (НА), полоксамер (неионный трехблочный сополимер), такой как Pluronic, полиэтиленгликоль (ПЭГ), альгинат натрия, или другой растворимый в воде полисахарид, способный образовывать высоковязкий термочувствительный гель. Гидрофильный полимер может быть ацилированным. Желательно, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, включает метилцеллюлозу или PVA-ацилат, который образует тонкую смесь (жидкую суспензию) после растворения в холодной воде и густого геля при физиологических температурах.
Обычно, гелеобразующий агент представляет собой термогелевый элемент, который подвергается физическому сшиванию в ответ на стимул, например, температуру. В некоторых вариантах осуществления, гелеобразующий агент представляет собой соль, такую как, Р-глицерофосфат динатрия гидрат или пентагидрат, натрия пирофосфат тетраосновный, калия фосфат диосновный тригидрат, их смесей и подобные. Преимущественно, гелеобразующий агент представляет собой смесь солей натрия пирофосфата тетраосновного и калия фосфата диосновного тригидрата. Термины "гелеобразующий агент" и "гелеобразователь" используются взаимозаменяемо в данном документе.
Предпочтительным является получать полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, в слабокислой среде на водной основе, такой как, например, 0,1 М водная уксусная кислота.
Композиция полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, может необязательно включать усиливающий агент, такой как нанокристаллические наполнитель. Усиливающий материал, называемый как "нанокристаллический наполнитель" как правило, представляет собой нанокристаллический материал, например, нанокристаллический материал, например нанокристаллическую частицу или полимер, способный обеспечивать механическое усиление полимерного композита, полученного по способу золь-гель, посредством нековалентных физических взаимодействий, таких как, без ограничения, водородные связи или электростатические притяжения. Примеры включают, но не ограничиваются этим, нанокристаллическую целлюлозу (NCC), неорганическую глину, органическую глину, сажу, коллоидный диоксид кремния, графен, графит и тому подобное. Предпочтительно, нанокристаллические наполнитель представляет собой нанокристаллическую целлюлозу (NCC). Предпочтительно нанокристаллический наполнитель представляет собой нанокристаллическую целлюлозу (NCC). В качестве альтернативы нанокристаллический наполнитель включает, например, нанокристаллический крахмал, наноглину, графен, углеродную нанотрубку, органическую наноглину или органоглину. В качестве другого примера нанокристаллический наполнитель может представлять собой монтмориллонит, бентонит, каолинит, гекторит, галлуазит и тому подобное.
2
В некоторых вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, содержат усиливающий агент, такой как неорганический наполнитель, например, диоксид кремния (SiO).
В некоторых вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, дополнительно содержат фосфат кальция в качестве усиливающего агента. В других вариантах осуществления полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, образуют двойной сетевой гидрогель для усиления стойкой твердой фазы. Двойные сетевые гели характеризуются специальной сетевой структурой, состоящей из двух типов полимерных компонентов и имеют как высокое содержание воды (приблизительно 90% масс./масс. ) и высокую механическую прочность и вязкость.
Композиция может также необязательно включать один или несколько фармацевтических агентов, в частности противомикробные агенты, обладающие антибактериальной, противовирусной, антимикотической или антипаразитарной активностью и тому подобное. Фармацевтический(ие) агент или агенты будут захвачены в композиции после ее образования и будут высвобождаться из композиции немедленно или в течение определенного периода времени.
Поскольку типичным патогенным возбудителем при мастите является бактерия, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут желательно содержать антибактериальный агент. Для животных применяют различные антибактериальные средства. Данные антибактериальные агенты включают, но не ограничиваются этим, следующие агенты: макролиды, например, тулатромицин (Draxxin), тильдипирозин (Zuprevo), тильмикозин (Micotil), тилозин фосфат (Tylan) и гамитромицин (Zactran); цефалоспорины, например, цефтиофур натрия (например, Naxcel и Excenel), цефтиофур гидрохлорид (например, Excenel RTU, Excenel RTU EZ, Spectramast), цефтиофур кристаллическая свободная кислота (Excede), цефовецин натрия (Convenia), и цефподоксим проксетил (Simplicef); линказамидные антибиотики, например, например, линкомицин (Lincomix), пирлимицин гидрохлорид (Pirsue) и клиндамицин гидрохлорид (Antirobe); фторхинолоны, например, данофлоксацин (Advocin), энрофлоксацин (Baytril) и марбофлоксацин (Zeniquin); и тетрациклины, например, хлортетрациклин, окситетрациклин и доксициклин. Другие антибактериальные агенты включают, но не ограничиваются этим, производное пенициллина, такое как амоксициллина тригидрат, один или с клавулоновой кислотой (Clavamox), спектиномицином (Adspec), потенцированные сульфонамиды, включая триметоприм/сульфадиазин (Tucoprim) и сульфадиметоксин/орметоприм (Primor); хлорамфеникол и его производные, такие как тиамфеникол и фторированные синтетические аналоги тиамфеникола, такие как флорфеникол (например, Nuflor и Nuflor Gold). Антимикробный агент можно вводить одновременно или последовательно с композициями согласно представленному изобретению.
Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, согласно изобретению могут образовывать надежные уплотнения или стойкие твердые вещества в ответ на один или несколько физиологических стимулов, обычно при температуре приблизительно 37°С. В идеальном случае «стойкий» твердый золь-гелевый полимер означает, что модуль упругости G' (также называемый модулем накопления (G')) составляет, по меньшей мере, приблизительно 420 Па или выше при физиологической температуре. "Стойкое твердое вещество" обычно представляет собой гель или твердое вещество, образованное после золь-гель-фазового перехода, для которого G' b физиологических условиях (например, 37°С, и/или вблизи физиологической рН) обычно составляет выше приблизительно 560 Па, часто приблизительно 600 Па или выше, но также охватывает от приблизительно 450 Па до приблизительно 10000 Па и включая, но не ограничиваясь этим, значения приблизительно 490 Па, приблизительно 560 Па, приблизительно 650 Па, приблизительно 800 Па, приблизительно 1700 Па, приблизительно 1900 Па, приблизительно 2500 Па, приблизительно 5500 Па, приблизительно 6000 Па, приблизительно 6500 Па, приблизительно 7000 Па, приблизительно 7500 Па, приблизительно 8000 Па, приблизительно 8500 Па, приблизительно 9800, приблизительно 9000 Па, приблизительно 9500 Па, приблизительно 10,000 Па или выше, и подобные. В некоторых вариантах осуществления, G' составляет от приблизительно 450 Па до приблизительно 600 Па, от приблизительно 500 Па до приблизительно 1000 Па, от приблизительно 1000 Па до приблизительно 6000 Па, от приблизительно 5000 Па до приблизительно 9800 Па, от приблизительно 7000 Па до приблизительно 10,000 Па, от приблизительно 8500 Па до приблизительно 10000 Па, тому подобное. "Стойкий" твердый полимерный композит, полученный по способу золь-гель, согласно изобретению обычно является более стойким, чем известные хитозановые гидрогели, которые, как известно, являются слабыми (другими словами, стойкий твердый полимерный композит, полученный по способу золь-гель, имеет более стойкие или более высокие механические свойства, чем известные хитозановые гидрогели). В других вариантах осуществления, G' полимерного композита, полученного по способу золь-гель, пригодного для использования в качестве герметизирующего состава для соска, может составлять от приблизительно 420 Па до 9800 Па или выше, причем полимерный композит неожиданно оказался неплавным без утечки и с образованием надежного уплотнение в ответ на физиологические стимулы, подобно более стойким полимерным композитам, описанным в данном документе.
Преимущественно, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, обладают свойствами термического утолщения, что делает их способными к гелеобразованию или затвердеванию быстро в ответ на один или несколько физиологических стимулов, таких как физиологические температуры, с образованием долговременного уплотнения или стойкого твердого вещества без добавления каких-либо других агентов. Кроме того, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, гели или очень быстро затвердевают в ответ на один или несколько физиологических стимулов и образуют уплотнение или твердую массу, имеющую механические или вязкоупругие свойства, как обсуждалось, где твердое вещество обладает достаточной прочностью, чтобы однозначно позволить ему выдерживать механическое или гидравлическое давление в физиологических условиях у животного. В некоторых случаях, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут образовывать гель или затвердевать за считанные секунды, то есть мгновенно или почти мгновенно, после воздействия физиологического стимула, например, после инфузии в молочное животное. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, представленные в данном документе подвергаются фазовому переходу жидкость -твердое тело настолько быстро в ответ на физиологические стимулы, что в месте инъекции быстро образуется пробка. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, демонстрируют благоприятные свойства сдвигового разжижения, то есть, их вязкость будет уменьшаться при увеличении скорости сдвига, что предпочтительно позволяет полимерным композитам, полученным по способу золь-гель, быть способными легко инфузионно вводится или, перед инфузией, деформироваться в шприце при комнатной температуре, даже если затвердевание уже произошло. Из-за полезных свойств сдвигового разжижения, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут охватывать твердые структуры, имеющие высокую пористость и/или эластичность для лучшего манипулирования материалом для уплотнения области соска, еще, чтобы обеспечить высвобождение фармацевтических агентов, необходимых для лечения мастита.
В отличие от недостатков использования слабых гелей, известных в данной области техники, которые имеют тенденцию к распространению и утечке в динамических физиологических средах, еще одним преимуществом является представленный полимерный композит, полученный по способу золь-гель, в его способности быстро затвердевать, так что композит может обеспечить мгновенное гелеобразующее, упругое уплотнение или стойкое твердое вещество, которое позволяет легко вводить инфузию через шприц без утечки или капания и быстрое образование непротекающей, непрокапывающей золь-гель пробки после инфузии в сосковый канал или сосковый синус молочного животного. В некоторых случаях, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут вводиться с помощью шприца с одним стволом.
Из-за свойств полимерных композиций, полученных по способу золь-гель, касательно реагирования на изменения температуры, рН и ионную силу, они могут образовывать долговременные уплотнения или стойкие гели / твердые вещества, когда никакое усилие не применяется, но они могут течь и способны к действию шприца при применении внешней силы, например, в шприце. Композиты также могут образовывать стойкий, эластичный гель, пенопласт или пористый твердый продукт после инфузии.
Другими ценными техническими эффектами, которые проявляются в специально разработанных полимерных композитах, полученных по способу золь-гель, является способность образовывать гидрофобное замещение в полимерах для увеличения вязкости, микрогелевые сферы, способные сшиваться в физиологических жидкостях, и микрогелевые сферы, которые могут быть использованы для высвобождения лекарственного средства, а также для контроля скорости деградации у животного и образования пористого твердого вещества с определенным размером пор у субъекта и желательных вязкоупругих свойств при физиологической температуре.
Предпочтительно, золь-гель полимерные композиции на водной основе можно инфузионно вводить непосредственно в сосковый канал продуцирующего молоко животного и формировать пробку герметизирующего состава в течение сухого периода. Композиции могут создавать данное непроницаемое уплотнение при 37°С в присутствии молока и при высоком ионном содержании, которое обычно наблюдается при высыхании молочной железы.
Способ изготовления полимерных композитов, полученных по способу золь-гель
Золь-гель способы представляют собой мокрые химические способы, широко используемые в области материаловедения и техники. Такие способы используются главным образом для изготовления материалов, начиная с коллоидного раствора (золя), который действует как предшественник интегрированной сети (или геля) дискретных частиц или сетевых полимеров. В золь-гель способе текучая суспензия коллоидного твердого вещества (золя) постепенно эволюционирует к образованию гелеобразной дифазной системы, содержащей как жидкую фазу, так и твердую фазу, морфологии которой варьируются от дискретных частиц до непрерывных полимерных сетей (для общей информации, смотрите C.J. Brinker and G.W. Scherer, 1990, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, ISBN 0121349705; L.L. Hench and J.K. West, 1990, The Sol-Gel Process, Chemical Reviews 90:33).
В некоторых случаях реакционная способность и функциональность полимера может быть изменена путем добавления набора функциональных групп, включая, но не ограничиваясь ими, ангидрид кислоты, амин или соль, N-замещенный амин, амид, карбонил, карбокси или соль, циклогексильную эпоксидную смолу, эпоксидную группу, глицидил, гидрокси, изоцианат, мочевину, альдегид, сложный эфир, простой эфир, алкил, алкенил, алкинил, тиол, дисульфид, силил или силан, или группы, выбранных из глиоксалей, азиридинов, активных метиленовых соединений или других β-дикарбонильных соединений (например, 2,4-пентандиона, малоновой кислоты, ацетилацетона, этилацетонацетата, малонамида, ацетоацетамида и его метальных аналогов, этилацетоацетата и изопропилацетоацетата), галогена, гидрида или других полярных или Н-связывающих групп и их комбинаций. Такие функциональные группы могут быть добавлены в разных местах вдоль полимера, такого как, случайным образом или регулярно диспергированы по всему полимеру, на концах полимера, сбоку, в конце или в каком-либо положении на кристаллизующихся боковых цепях, прикрепленных в виде отдельных боковых групп полимера или присоединены непосредственно к основной цепи полимера. Кроме того, полимер может быть способен к поперечному сшиванию, запутыванию или водородному связыванию с целью увеличения его механической прочности или его устойчивости к разложению в условиях окружающей среды или обработки.
Как можно понять, полимер может быть представлен во множестве форм, имеющих разную молекулярную массу, поскольку молекулярная масса (МM) полимера может зависеть от условий технологического процесса, используемых для формирования полимера. Соответственно, полимер может упоминаться в данном документе как имеющий удельную молекулярную массу или диапазон молекулярных масс.
Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, основываются на быстрых, вызываемых солью и термообратимых гелеобразующих системах на основе хитозана, которые образуются путем смешивания хитозана с гидрофильными полимерами (например, растворимыми в воде полисахаридами), которые создают высоковязкие термочувствительные гели. Эти набухающие в воде композиции полимерного композита подвергаются быстрому гелеобразованию при повышении температуры, рН и ионной силы. Композиты обычно содержат два гидрофильных полимера и ионные гелеобразователи. Первый полимер подвергается термически индуцированному гелеобразованию и дает возможность образования эластичного геля в сосковом канале при физиологических температурах, например, при температуре около 37°С. Второй полимер образует гель при контакте с ионными гелеобразователями (гелеобразующими агентами), вводимыми в композицию. С добавлением гелеобразующего агента (то есть, термогелевого элемента), система создает физическое сшивание. Гелеобразование в основном связано с физическими конформационными изменениями в полимерах, которые являются основными ингредиентами в продукте, без ковалентных сшивающих связей между образующимися полимерами. Прочность геля второго полимера зависит от количества добавленного гелеобразователя, а также от рН и ионной силы композиции, которая обычно имеет рН приблизительно от 5,1 до 6,8 и ионную силу приблизительно 5 г/л. Два гидрофильных полимера оказывают глубокое влияние на гелеобразование хитозана, что приводит к быстрой реакции на стимулы, такие как добавление соли и температура тела. В результате гели усиливаются при изменении рН и ионного содержания в сухом сосковом канале.
Благодаря тщательному регулированию концентрации полимера, соли и гелеобразующего агента в системе возможным является настроить температуру гелеобразования, механические свойства или целостность системы, как ниже, так и выше порога гелеобразования, включая скорость и обратимость образования геля в физиологических условиях (например, температура), а также биосовместимость, вязкоупругие свойства (например, G'), проницаемость/пористость системы и долговечность уплотнения или стойкого твердого вещества, которое образуется после гелеобразования. Например, полимером, добавлением соли и гелеобразователем можно манипулировать для того, чтобы получить полимерные композиты, полученные на основе способа золь-гель, подходящие для специально разработанных человеческих или ветеринарных применений, для которых требуется макропористый твердый продукт с удельным размером пор и имеющий прочные эластичные свойства, или в применениях, которые требуют структуры, которые являются твердыми с высокой пористостью или с определенным размером пор, чтобы обеспечить свободный проход биомолекул, таких как антибиотики.
Более того, полимерные композиции, полученные по способу золь-гель, могут быть предпочтительно сконструированы для совместимости и использования с культурами закваски для сыроделия, например, Lactococcus lactis, L. lactis subsp. cremoris, Streptococcus thermophilus, и подобные. Поскольку живая культура стартера должна обеспечить надлежащее подкисление для процесса приготовления сыра, кислотность полимерных композиций может быть соответствующим образом скорректирована путем изменения солевого компонента во избежание вмешательства в культуральную активность и рост. Таким образом, для получения полимерных композиций, полученных по способу золь-гель, предпочтительно совместимы с культурами закваски для сыроделия, солевой компонент легко варьируется для нейтрализации кислотности конечного продукта. Обычно, например, композиция при рН приблизительно 6,8 (относительно нейтральный) не препятствует стандартным бактериальным культурам и будет использоваться с культурами закваски для сыроделия.
Для того, чтобы проиллюстрировать некоторые композиции согласно данному изобретению, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, включает приблизительно 7,3% масс./масс. метилцеллюлозы, приблизительно 1,8% масс./масс. хитозана, приблизительно 9,4% масс./масс. натрия пирофосфата тетраосновного (в качестве солевого раствора), приблизительно 0,05% масс./масс. натрия пирофосфата тетраосновного (в качестве твердой соли), и приблизительно 82% масс./масс. 0,1 М водного раствора уксусной кислоты. Данный композит упоминается в данном документе как композиция "F1" или "F1-20141210". Во втором варианте осуществления, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, включает приблизительно 7,3% масс./масс. метилцеллюлозы, приблизительно 1,8% масс./масс. хитозана, приблизительно 9,1% масс./масс. β-глицерофосфата динатрия (в качестве солевого раствора), приблизительно 3,0% масс./масс. β-глицерофосфата динатрия (в качестве твердой соли), и приблизительно 82% масс./масс. 0,1 М водного раствора уксусной кислоты. Данный композит упоминается в данном документе как композиция "F4" или "F4-20141210". Для сравнения были получены другие полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, такие как композиции F2 или F3, показанные в следующих ниже таблицах В и С. В других случаях, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, включает приблизительно 16% масс./масс. 17% масс./масс. или 18% масс./масс. Pluronic F127 в 0,5% масс./масс. 1% масс./масс. или 2% масс./масс. растворе хитозана в уксусной кислоты. В другом варианте осуществления, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, включает один из растворов хитозан-Pluronic F127 приведенный ниже в таблице 4.
Как правило, количество ингредиентов в композициях полимерного композита, полученных по способу золь-гель, согласно представленному изобретению может несколько отличаться. В приведенной выше иллюстрации композиций F1-F4, например, количество метилцеллюлозы может находиться в диапазоне от приблизительно 4% масс./масс. до приблизительно 12% масс./масс. хитозан может находиться в диапазоне от приблизительно 0,5% масс./масс. до приблизительно 4% масс./масс. раствор соли или гелеобразующий агент может находиться в диапазоне от приблизительно 6% масс./масс. до приблизительно 12% масс/масс, твердая соль может находиться в диапазоне от приблизительно 0,01% масс./масс. до приблизительно 4% масс./масс. и могут использоваться концентрации выше чем 0,1 М водного раствора уксусной кислоты. Тем не менее следует принимать во внимание, что диапазоны определенных комбинаций могут быть легко скорректированы, включая более высокие или более низкие количества, чем указанные диапазоны, для того, чтобы образовывались гель или гидрогель, обладающий требуемыми свойствами, описанными в данном документе.
Применение полимерных композитов, полученных по способу золь-гель.
Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, предусмотренные в данном документе, подвергаются фазовому переходу жидкость-твердое тело в ответ на один или несколько физиологических стимулов. Поэтому они могут иметь применение в широком спектре применений для животных и людей, где желательным является вводить жидкость, которая быстро затвердевает после инъекции субъекту. В частности, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут использоваться в тех случаях, когда желательным является обеспечить твердые структуры, которые имеют высокую пористость, эластичность или достаточную прочность, чтобы выдерживать механическое или гидравлическое давление в физиологических условиях субъекта.
Следует понимать, что пригодность полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, для конкретного применения будет определяться многочисленными факторами, такими как их биосовместимость, механическая целостность, скорость и обратимость образования геля в физиологических условиях (например, температуре), механические или вязкоупругие свойства (например, G'), пористость/проницаемость, и долговечность. В соответствии с представленной технологией такие свойства могут быть определены путем регулирования концентраций полимера и гелеобразующего агента в системе, как описано в данном документе. Например, в некоторых вариантах осуществления полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, являются подходящими для использования в применениях, для которых требуется макропористый твердый материал с определенным размером пор и имеющий прочные эластичные свойства или в применениях, для которых требуются структуры, которые являются твердыми с высокой пористостью или определенным размером пор, чтобы обеспечить свободный проход биомолекул, таких как глюкоза, кислород или инсулин.
В некоторых вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, являются подходящими для использования в применениях, которые требуют образования непротекающих, непрокапывающих пробок внутри проходов субъекта. Например, они найдут применение в качестве мукоадгезивных имплантатов, глазных капель, трансдермальных пластырей, имплантатов для зубов, вагинальных суппозиториев и т.д., которые нуждаются в непротекающих, непрокапывающих пробках, как и искусственные спинальные диски и хрящ.
Для других вариантов осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, являются подходящими для использования в тканевой инженерии, где имплантат может заменить пораженный или иначе поврежденный хрящ в суставе. В этом отношении композиты пригодны для использования в качестве искусственного хряща. Поскольку хрящевая ткань важна для нормальной функции сустава, необходимо использовать искусственный хрящ для терапевтического применения для замены ткани, поврежденной от травмы или старения. Потенциальные материалы для использования в искусственном хряще должны быть вязкоупругими, прочными и долговечными, такими как полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, представленными в данном документе. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут, таким образом, быть использованы для хирургии суставов, имплантированных в коленный сустав, используемые в качестве материала для восстановления роговицы, или роговицы или используемые для восстановления, замены или терапевтической обработки тканей и частей тела. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут образовывать долговременный, эластичный гель после инъекции и в присутствии ионов в синовиальной жидкости и кости, образуя искусственный хрящ, мениск или ядерный пульпус.
Композиты также предпочтительно используются в качестве инъекционно вводимых имплантатов для лечения остеоартрита, ревматоидного артрита, других воспалительных заболеваний, генерализованной боли в суставах или других заболеваний суставов, для заживления ран или в виде суппозиториев. В некоторых вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут быть введены для быстрого образования пробки у субъект, особенно в тех случаях, когда переход жидкость-твердое вещество происходит так быстро в ответ на физиологические раздражители, что в месте инъекции мгновенно образуется пробка. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут, например, вводиться в островки Лангерганса в поджелудочной железе, чтобы иммуноизолировать островковые клетки и обеспечивать свободный проход глюкозы и кислорода.
В некоторых вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, полезны в качестве эмболических или окклюзионных агентов, например, для блокирования артерий или для голодающих раковых клеток. В других вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, полезны в качестве ультразвуковых контрастных агентов. В других вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, являются подходящие для инъекций вместе с клетками, которые могут образовывать макропористый или микропористый субстрат для тканевой инженерии.
В альтернативных вариантах осуществления найдено, что полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, являются подходящими для использования в качестве наполнителя для реконструктивной или косметической хирургии, для систем доставки лекарств, например, в качестве платформы для доставки лекарственных средств с медленным высвобождением или для лечения варикозных вен, например, с образованием пены для инъекций. В некоторых вариантах осуществления, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель являются подходящими для использования в качестве наполнителей для лечения миомы матки или в качестве имплантатов зубов. Композиты являются, кроме того, подходящими для использования в ранах для остановки крови, например, при образовании пористого твердого вещества после инъекции, которое служит для блокирования кровотока, например, для блокирования зубные канальцы и как мозговые имплантаты, и как пленкообразующие полимеры на зубах.
Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, в качестве герметизирующих составов для сосков у животных
Следует понимать, что требуемые характеристики герметизирующего состава для соска, охватывающего полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, согласно представленному изобретению, будут варьироваться в зависимости от предполагаемого использования герметизирующего состава, такого как, когда он будет нанесен (например, на наружную ткань молочной железы или в пределах полости соска), композиции герметизирующего состава и других факторов. Однако установленными могут быть некоторые общие характеристики герметизирующий состав для соска. Например, если герметизирующий состав помещен в сосковый канал, то с заданными свойствами характеристика сдвигового разжижения позволяет легко инфузионно вводить, а также удалять путем ручной зачистки из соскового канала. Предпочтительно, чтобы прикрепленный герметизирующий состав для соска легко удалялся из соска. Регулируя композицию герметизирующего состава для соска, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут быть достаточно прочными, так что герметизирующий состав может быть легко очищен из соска и удален в одном связующем устройстве в первой полоске, оставляя практически без материала. Когда полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, используются в качестве пробок на макро- или микроуровне, они могут быть сформулированы таким образом, чтобы охватывать подходящий диапазон адгезии, который позволяет композициям, полученным in situ, придерживаться ткани и оставаться на месте столько, сколько необходимо, в то время как все еще легко удаляются вручную с места. Кроме того, если эти композиции закупорены в месте, где необходим барьер для удержания или поглощения жидкости, композиция может быть составлена для естественного поглощения жидкости, оставаясь в нужном месте.
Кроме того, предпочтительным является то, что in situ сформированный герметизирующий состав для соска согласно представленному изобретению соответствует форме соска или соскового канала. Свойство гибкости полимерного композита, полученного по способу золь-гель, позволяет герметизирующему составу соответствовать топографии поверхности соска или канала, а также поверхности ткани вокруг соска для хорошей подгонки. Такая конформность также продлевает долговечность, комфорт и эффективность герметизирующего состава для соска.
Полимерный композит, полученный по способу золь-гель, используемый в качестве герметизирующего состава для соска в изобретении, также является безопасным и стабильным. Нетоксичное свойство герметизирующего состава предусматривает обеспечивает безопасность целевому животному, а также человеку, ухаживающему за животным, и приспособлению для нанесения герметизирующего состава на животное. Поскольку герметизирующий состав для соска не вызывает никакого остаточного накопления герметизирующего состава в молочных линиях или связанных с ними доильном оборудовании, нетоксичность герметизирующего состава также гарантирует, что пищевые продукты человека, такие как молоко и молочные продукты, полученные из молока, полученного от обработанных животных, безопасны для потребления. Все ингредиенты композиции являются нежесткими металлами по природе, биосовместимыми, биоразлагаемыми ткане-адгезивными и нераздражающими для животного в количествах, присутствующих в окончательных композициях герметизирующего состава для соска. Поскольку полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, являются подходящими для инфузии в молочную железу животного, они не содержат токсичных материалов, раздражителей и т.д., и подходящими для использования в физиологических условиях температуры, рН, ионной силы и т.д. Кроме того, полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, могут быть легко стерилизованы с использованием стандартного пара, сухих стерилизаторов (автоклавов), гамма-облучения, электроннолучевых методов (стерилизация электронным лучом) и тому подобное. Консерванты также могут быть включены в композицию без изменения полезных свойств герметизирующего состава для соска.
В зависимости от способа доставки вязкость специально разрабатывается для композиции герметизирующего состава для соска, предназначенного для местного применения, инфузии и тому подобного. Таким образом, вязкость полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, контролируется таким образом, что композицию может впрыскиваться или затекать на или в сосок таким образом, чтобы был создан отличный барьер. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, также легко пропускаются через шприц и обладают превосходными свойствами сдвигового разжижения, которые необходимы для формования композита в шприце при комнатной температуре для быстрого и легкого использования продукта обработчиком животных. В частности, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, предпочтительно способен инфузионно вводиться с использованием одноствольного шприца. При инфузионном введении непосредственно в сосок, композиции имеют возможность заполнять сосковый канал и быстро переходить в гель при температуре тела. Свойство сдвигового разжижения композиций позволяет как легко инфузионно вводить, так и удаляться.
Гелеобразование композиции на соске предпочтительно является быстрым, чтобы избежать слипания или потери композиции с места применения. Время гелеобразования может составлять приблизительно 5 минут или меньше, предпочтительно меньше, чем приблизительно три минуты, более предпочтительно меньше, чем приблизительно 30 секунд, и, в некоторых случаях, меньше приблизительно 10 секунд или меньше, особенно при внешнем применении полимерных композитов, полученных по способу золь-гель.
Некоторые из требуемых упомянутых выше характеристик герметизирующего состава для соска, которые могут быть использованы в представленном изобретении, получают путем регулирования концентраций полимера и гелеобразующего агента в полимерном композите, полученном по способу золь-гель, для модифицирования механических свойств и проницаемости / пористости прочного уплотнения или стойкого твердого вещества. В основном, адгезионные свойства и свойства набухания герметизирующего состава для соска контролируются путем специальной разработки композиции. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, которые обладают определенной комбинацией свойств адгезии и набухания, демонстрируют несравненные и новые свойства, такие как прилипание к ткани животного в течение длительного периода времени, но легко удаляемые в качестве соскового барьера при завершении профилактического лечения, или быть достаточно стойкими, чтобы очищаться от соска животного одним куском или легко удаляться как полутвердый или жидкий, но достаточно гибкий, чтобы он соответствовал организму животного для удобства и оставался на месте в качестве эффективного барьера для предотвращения или уменьшения заболеваемости раком молочной железы.
Доставка композиций герметизирующего состава для соска
Соответствующая вязкость зависит от используемых средств доставки. Как правило, композиция должна иметь вязкость ниже приблизительно 800 сП при комнатной температуре или во время условий использования (то есть не у животного), предпочтительно меньше, чем 300 сП, более предпочтительно меньше, чем 200 сП, который должен доставляться через аэрозоль. Для доставки через спрей насоса обычно требуется более низкая вязкость, например, менее 150 сП. Спрей без аэрозолей требует вязкости менее 50 сП.
Герметизирующий состав для соска композиция наносят на сосок обычными способами, такими как, например, распыление или поток из шприца, насоса, распылительного сопла, аэрозоля, погружения или другого типа устройства. Комбинацию распылителя и текучести можно применять по способу, подобному душевой головке, в результате чего несколько потоков обеспечивают имитированный широкий охват применения распыления. Полимерные композиты, полученные по способу золь-гель, распыляется или течет снаружи на ткань сосков, после чего они образуют барьерное уплотнение.
Для применения в виде инфузии внутри соска, как в сосковом синусе или цистерне, может использоваться какой-либо ветеринарный шприц, имеющий конусообразный конец шприца, иглу соска или интрацистернальный наконечник, специально предназначенный для введения растворов в сосковый канал. Например, гели могут вводиться через обычную инфузионную канюлю или инфузионную насадку с использованием стандартного шприца 5 или 6 мл. Эффективное количество герметизирующего состава для соска, которое будет образовывать желаемый физический барьер в сосковый канал для предотвращения или лечения расстройства молочной железы, зависит от видов молочных животных и размеров его сосков. Как правило, объем от 2 до 3 мл является удовлетворительным для адекватного заполнения соскового канала, но количество может варьироваться и может быть легко титровано обработчиком, который инфузионно вводит герметизирующий состав в сосок.
Как правило, приблизительно от 0,5 до 5,0 мл композиции будет вводиться в сосок животного, предпочтительно приблизительно от 1,0 до 4,0 мл, более предпочтительно приблизительно 2,0 мл или выше, и еще более предпочтительно приблизительно 3,0 мл. Композиции могут быть предварительно загружены в шприцы для легкого введения единичной дозы. Желательно, композиция вводится, когда молочное животное входит в сухой период в конце цикла лактации или в течение сухого периода животного, особенно когда это телка или корова.
Композиция также может быть доставлена наружно или местно в сосок из распылительного устройства или поточного устройства. Распылительное устройство может включать контейнер, имеющий дозатор для распылительной подачи жидкой композиции. Тип используемого контейнера является переменным, в зависимости от совместимости с композицией и распылителем и может быть стеклом, пластиком или металлом. Если растворы имеют достаточно низкую вязкость, доставка распылением может быть достигнута с помощью простых механических сил, таких как те, которые достигаются при подаче плунжера шприца вручную через надлежащим образом сконструированное сопло. Возможно, было бы желательно нанести несколько слоев композиции на сосок, чтобы обеспечить достаточный охват соска. В каком-либо случае эффективное количество для формирования физического барьера может быть легко определено визуальным появлением герметика на соске.
Композиция также может быть доставлена с использованием шприца, снабженного распылительной головкой. Как правило, какой-либо химический, механический или электронный способ для перемещения жидкой композиции в виде аэрозоля из контейнера является подходящим. В одном аспекте совместимый жидкий или газообразный аэрозольный пропеллент помещают в соответствующий контейнер вместе с композицией, а дозатор включает клапанный механизм, который позволяет распылять распыляемую жидкую композицию. Желательно, чтобы устройство для интрацистернальной инфузии могло использоваться для доставки композиции герметизирующего состава для соска непосредственно в сосок. Устройство может иметь один дозатор, такой как распылительный наконечник от Nordson Corporation (Westlake, Ohio, U.S.A.). Устройство может включать счетчик, чтобы можно было контролировать количество композиции.
Примеры устройств, которые могут быть использованы или модифицированы для использования, для доставки композиций в качестве герметизирующих составов для сосков включают те, которые описаны в WO 2015/038281 (Zoetis), заявка на патент США №2015/0080841 (С. М. Bradley et al.), патент США №5,989,215 (Y. Delmotte et al.), U.S. Patent No. 8,353,877 (S. Hallahan et al.), WO 2003/022245 (Bimeda Research & Development Limited), и WO 2013/021186 (Norbrook Laboratories Limited).
Приведенное выше описание показывает, как сделать новый полимерный композит, полученный по способу золь-гель, композицией, а также их уникальные свойства для использования в представленном изобретении. Следующие примеры демонстрируют другие аспекты изобретение. Однако, следует понимать, что эти примеры приведены только для иллюстрации и не претендуют на полноту в отношении условий и объема настоящего изобретения. Химические вещества были приобретены у Sigma-Aldrich in St. Louis, Missouri, если не указано иное Следует принимать во внимание, что последовательность стадий при получении полимерных композитов, полученных по способу золь-гель, не является критичной и может варьироваться от примеров. Например, порядок, в котором ингредиенты вводятся в резервуар, может быть изменен (например, сначала добавление метилцеллюлозы вместо добавления хитозана и тому подобное) без ущерба для конечного продукта. Следует также иметь в виду, что, когда заданы типичные условия реакции (например, температура, время реакции и т.д.) условия, как выше, так и ниже указанных диапазонов, также могут быть использованы, хотя обычно это менее удобно. Примеры проводят при комнатной температуре (от приблизительно 23°С до приблизительно 28°С) и при атмосферном давлении. Все части и проценты, упомянутые в данном документе, приведены на основе массы, и все температуры выражены в градусах Цельсия, если не указано иное.
Дальнейшее понимание изобретения может быть получено из неограничивающих примеров, которые следуют ниже.
ПРИМЕР 1
Получение и свойства полимерных композитов, полученных по способу золь-гель.
Четыре композиции полимерного композита (Fl, F2, F3, и F4) получали следующим образом ниже. Таблицы А, В, С, и D показывают композиции Fl, F2, F3, и F4, соответственно. Композиции получали партиями приблизительно 30 г, 110 г, или 165 г, как указано в таблицах.
Fl и F4 композиции получали следующим образом: Сначала, 0,1 М АсОН получали путем добавления 0,813 г (0,772 мл) АсОН к 135,5 мл воды для F1. Для F4, 0,81 г (0,77 мл) АсОН добавляли к 135,0 мл воды. Затем, получали раствор метилцеллюлозы (12 г), хитозана (3 г) в 0,1 N (0,1 М) АсОН (135,5 мл для F1 и 135,0 мл для F4). Раствор получали путем добавления полимерных порошков к 0,1 N (0,1 М) АсОН, нагретой до 85-90°С при интенсивном перемешивании. Нагревание продолжали до тех пор, пока не получили гомогенную дисперсию (приблизительно 5 мин.). Раствор затем охлаждали до комнатной температуры при перемешивании (300 об./мин.). При охлаждении, раствор осветлялся и становился очень вязким, что неизбежно влекло за собой уменьшение скорости перемешивания до 60-100 об./мин. Охлаждение и очистка занимали приблизительно 1 час. Раствор затем хранили при 4°С до использования в будущем.
Раствор гелеобразующего агента (соль работает в композиции в качестве гелеобразующего агента, также называемого в данном документе как "гелеобразователь") в воде затем был приготовлен путем смешивания соли в порошкообразной форме с водой.
Концентрации для солевых растворов были следующими: Для F1, натрия пирофосфат тетраосновный (5 г/л) получали путем добавления 100 мг натрия пирофосфата тетраосновного в 20 мл воды и перемешивания до полного растворения. Для F4, β-глицерофосфат динатрия гидрат (в виде 44% масс./масс. водного раствора) (44 г на 66 г воды) получали путем добавления 22 г β-глицерофосфата динатрия гидрата (в виде 44% масс./масс. водного раствора) в 33 мл воды и нагревали при 45°С при перемешивании до полного растворения.
Раствор гелеобразователя, полученный таким образом, добавляли к холодному полимерному раствору с медленным механическим перемешиванием (с помощью мешалки при 100 об./мин.) до гомогенности. Наблюдалось значительное повышение вязкости и образование пузырьков. Затем раствор оставляли на ночь при 4°С. Композиции стерилизовали автоклавированием по жидкостному циклу.
F2 и F3 композиции получали следующим образом: 0,1 М АсОН получали путем добавления 0,6 г (0,57 мл) АсОН в 100 мл воды. Раствор метилцеллюлозы (8 г), хитозана (2 г), и натрия азида (0,025 г) получали в 0,1 N АсОН (90 мл). Пробирку с мешалкой взвешивали. Раствор получали путем добавления порошков (одной порцией) в 0,1 N АсОН нагретую до кипения (85-90°С) при перемешивании. Нагревание прекращали и гомогенную дисперсию получали за счет перемешивания шпателем в течение приблизительно 3 мин. Это было завершено добавлением АсОН до достижения конечной массы (без соли). Затем раствор охлаждали до комнатной температуры. При охлаждении, раствор осветлялся и становился очень вязким. Охлаждение и очистка занимали приблизительно 1 час. Стакан закрывали парафильмом и хранили при 4°С в течение 24 часов (или до дальнейшего использования).
Раствор гелеобразующего агента (соль в качестве гелеобразующего агента или гелеобразователя) затем был приготовлен в воде путем смешивания соли в порошкообразной форме с водой до желаемой концентрации. Гелеобразующий раствор добавляли к холодному полимерному раствору при медленном механическом перемешивании (с помощью шпателя или мешалки при 100 об./мин.). Наблюдалось значительное повышение вязкости и образование пузырьков. Раствор оставляли стоять в течение ночи при 4°С. Раствор центрифугировали на 4000 об./мин. в течение 10 мин. для устранения пузырьков воздуха.
Несколько полимеров испытывали при различных концентрациях в композициях для отбора наиболее благоприятных полимеров и их концентраций для эффективности рецептуры. Были также испытаны различные гелеобразующие агенты для настройки температурной чувствительности состава, его способности к введению шприцом и его свойств текучести. Четыре полимерных композита, полученных по способу золь-гель, композиции (F1-F4), имеющие широкий диапазон свойств текучести, были затем выбраны для дальнейшего исследования.
Предварительная характеристика образцов F1-F4 показана в таблице Е. Обратите внимание, что рН гелей составлял от приблизительно 6 до 7. В этом эксперименте было показано, что гели могут быть введены через стандартную иглу с 16 калибрами с использованием 6 мл шприца, что демонстрирует их уникальную способность инфузионно вводится через иглу или сопло для использования в качестве герметизирующих составов для сосков. Для данных в таблице Е исследуемыми композициями были те, которые были получены с использованием ингредиентов и количеств, указанных в таблицах A-D для общей массы 110 г.
Формирование пробки в присутствии молока исследовали путем добавления композиций (1,5-2 мл) в пробирки, содержащие 0,5 мл молока (3,5% жира) при 37°С. Все композиции образовали гелевую пробку на поверхности молока. Инспекция раздела между молоком и гелями показала, что хотя ожидалась некоторая степень смешения между композициями и молоком при добавлении геля к молоку, образцы неожиданно показали очень ограниченную смешиваемость с молоком при образовании пробки. Результаты показали, что композиции способны образовывать гель в присутствии молока и предотвращать утечку из пробирки.
Исследование стрессового искривления (то есть, измерения модуля упругости и модуля потерь, как функция напряжения при фиксированной частоте) проводили для подтверждения характера сдвигового разжижения образцов. Результаты показаны на фигуре 6. Для данных на фигуре 6, исследованные композиции были получены с использованием ингредиентов и количеств, указанных в таблицах A-D для общей массы 110 г.
При низких приложенных напряжениях значения модуля упругости G' 'были постоянными. Эластичность образцов охватывала широкий спектр в диапазоне от приблизительно 10 Па для F1 до приблизительно 440 Па для F4. Поведение сдвигового разжижения (то есть, уменьшение модуля упругости G' в зависимости от приложенного напряжения) наблюдалось при более высоких значениях напряжений. Область сдвигового разжижения, начиналась с самого низкого напряжения для состава F2, за которым следуют F1, F3 и F4. Данные результаты подтверждают, что образцы являются способными вводиться шприцом и их инфузия возможна. Так как сила, применяемая во время инфузии композиции и после обработки выдавливания соска, составляет больше 300 Па, все композиции не будут подвергаться каким-либо проблемам с доставкой или восстановлением.
Затем реологию композиций контролировали при внезапном скачке температуры от комнатной до температуры тела. Значения модуля упругости и хранения как функции времени при постоянном напряжении 1 Па (то есть, в области плато) и частоте (f=0,1 Гц) были следующими. На первой стадии эксперимента (10 мин.), температуру поддерживали на 25°С. На второй стадии (10 мин.), температуру фиксировали при 37°С. Процесс нагревания между обеими стадиями занимал приблизительно 20 секунд. Результаты показаны в таблице F и фигуре 7; они выражаются как модуль упругости G' и тангенс угла потерь tan δ=G''/G', соотношение эластичных и вязких свойств показывает, какое из них доминирует. При значении tan δ 1 эластичные и вязкие свойства материала равны. Чем меньше тангенс угла потерь, тем эластичным является материал. Для физических гелей, G'>G'' и tan δ<1. Для вязких жидкостей, G''>G' и tan δ>1. Для данных в таблице F и фиг. 7, исследованные композиции были получены с использованием ингредиентов и количеств, указанных в таблицах A-D для общей массы 110 г. Будет понятно, значения могут варьироваться в зависимости от оборудования и используемых реологических методов; и, кроме того, данные значения являются относительными по отношению друг у другу в зависимости от конкретных протоколов исследования.
Эластичность F1-F4 значительно увеличилась с температурой, о чем свидетельствуют значения соотношения G'(37°C)/G'(25°C) (Таблица Е), которое изменилось от 53 (F1) до 20 (F4). При комнатной температуре, F1 ведет себя подобно вязкой жидкости (tan δ>1). Три других композиции показали поведение подобное твердому веществу, которое стало более выраженным в порядке F3<F2<F4.
При 37°С, модуль упругости значительно увеличился. Это сопровождалось быстрым уменьшением тангенса угла потерь, что указывало на усиление структуры геля. Этот процесс занимал приблизительно 1-2 мин. для F2, F3 и F4. Он был немного длиннее (приблизительно 5 мин.) для композиции F1.
В заключение, было получено и охарактеризовано четыре композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель, покрывающих широкий диапазон свойств текучести. Композиции полимерного композита подвергаются быстрому гелеобразованию при повышении температуры, рН и/или ионной силы. Композиты содержат два гидрофильных полимера и ионные гелеобразователи. Как описано, первый полимер подвергается индуцированному температурой гелеобразованию и дает возможность образования эластичного геля при температуре приблизительно 37°С. Второй полимер образует гель при контакте с ионными гелеобразователями, введенными в композицию. Прочность геля второго полимера зависела от количества добавленного гелеобразователя, а также от рН и ионной силы композиции.
Образцы были твердоплавкими из-за их свойств сдвигового разжижения. Они показали индуцированное температурой загущение, то есть, их гелевая структура становилась более стойкой при повышении температуры. Результаты показали, что эластичность композиций, начало сдвигового разжижения, степень индуцированного температурой загущения, а также временные масштабы этих процессов зависят от гелеобразующего агента, используемого в композиции, потенциально позволяющего точную настройку свойства текучести.
ПРИМЕР 2
Влияние стерилизации на композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель
Автоклавирование исследовали ка способ стерилизации. Известно, что полимеры, подобные тем, которые используются в указанных выше композициях, могут подвергаться значительному разложению при стерилизации ионизирующим излучением или этиленоксидом. Это разложение может быть уменьшено за счет использования высокой температуры для стерилизации образцов.
Стерилизация проводилась при 121°С в течение 10 мин. Общая продолжительность цикла, включая периоды нагревания и охлаждения составляла приблизительно 45 мин. Таблица 1 приводит сравнение свойств композиций, полученных с двумя различными гелеобразователями (F1 и F4) перед и после стерилизации. Для данных в таблице 1, исследованные композиции получали с использованием рецептов в таблицах А и D для 165,5 и 165 г всего, соответственно.
После стерилизации все композиции могут быть инъекционно введены через стандартную иглу 16-го калибра, используя 6-миллилитровый шприц, который приводит к тому, что композиции могут быть инъекционно введены в качестве герметизирующих составов для сосков через сосковую иглу или сопло. рН композиций существенно не менялось при стерилизации. Однако визуальное наблюдение показало, что обе композиции показали более выраженный желтый / коричневый цвет после автоклавирования и что их свойства текучести изменились. В случае F1-20141210, произошло изменение от «гель» до «жидкости» при 25°С.
Затем, изменения в свойствах текучести стерильных и нестерильных композиций контролировались более точно при скачке температуры от 25°С до 37°С. Значения модулей упругости и сохраняемости как функции времени были следующими при постоянном напряжении (1 Ра) и частоте (f=0,1 Гц). На первой стадии эксперимента (10 мин.), температуру поддерживали на 25°С. На второй стадии (10 мин.), температуру фиксировали при 37°С. Процесс нагревания между обеими стадиями занимали приблизительно 20 секунд. Результаты показаны в Таблице 2 и на фиг. 1, где они выражены как модуль упругости G' и тангенс угла потерь tan δ=G''/G', соотношение эластичных и вязких свойств показывает, какое из них является доминирующим. Когда значение tan δ равно 1, эластичные и вязкие свойства материала равны. Чем меньше тангенс угла потерь, тем более эластичный материал. Для физических гелей значения составляют G'>G'' и tan δ<1. Для вязких жидкостей, значения составляют G''>G' и tan δ>1. Для данных в таблице 2 и фиг. 1, исследованные композиции получали с использованием рецептов в таблицах А и D для 165,5 и 165 г всего, соответственно.
Стерильные композиции характеризовались немного меньшим значением модуля упругости по сравнению с их нестерильными аналогами. Однако эта разница была небольшой, особенно в случае F4-20141210. При 37°С модуль упругости значительно увеличился. Это сопровождалось быстрым уменьшением тангенса угла потерь, что указывает на усиление гелевой структуры. Данный процесс занимал приблизительно 1-2 мин. для композиции F4-20141210, и он был несколько более длительным (приблизительно 5 мин.) для образца F1-20141210. Стерилизация образцов существенно не влияла на кинетику повышения вязкости а также конечные значения G' и tan δ полученные образцами при 37°С (фиг. 1).
В заключение, исследовали два композитных геля. Композиты были твердоплавкими из-за их свойств сдвигового разжижения. Они показали индуцированное температурой загущение, то есть, их гелевая структура становилась более стойкой при повышении температуры. Хотя стерилизация образцов вызывала несколько незначительных изменений во внешнем виде образцов, эластичность композиций, степень индуцированного температурой загущение, и временные масштабы этого процесса существенно не влияли на процесс стерилизации.
ПРИМЕР 3
Дальнейшие исследования по стерилизации композиций полимерного композита Композиции F1 и F4 представляют собой набухающие в воде полимерные композиты, которые подвергаются быстрому гелеобразованию при повышении температуры, рН и/или ионной силы. Композиты содержат два гидрофильных полимера и ионные гелеобразователи. Первый полимер подвергается индуцированному температурой гелеобразованию и дает возможность образованию эластичного геля при температуре приблизительно 37°С. Второй полимер образует гель при контакте с ионными гелеобразователями, введенными в композицию. Прочность геля второго полимера зависит от количества добавленного гелеобразователя, а также рН и ионной силы композиции (как правило, рН от приблизительно 5,1 до 6,8 и ионная сила приблизительно 5 г/л).
В примере 2 было показано, что стерилизация не оказывает существенного влияния на свойства текучести композиций. Это дальнейшее исследование показывает влияние стерилизации на набухающие в воде полимерные композиты.
Для образца F1-20141210, реологические измерения повторяли через двенадцать недель после стерилизации. В течение этого периода образец хранили в темноте в закрытых пластиковых флаконах при комнатной температуре. Визуальное наблюдение подтвердило, что внешний вид и консистенция образца существенно не изменились после 12 недель хранения. Кроме того, в образце не было обнаружено визуального признака роста микроорганизмов.
Во-первых, наблюдались изменения свойств текучести при скачке температуры от 25°С до 37°С. Значение модулей упругости и сохранности как функции времени при постоянном напряжение (1 Па) и частоте (f=0,1 Гц) были следующими. На первой стадии эксперимента (10 мин.), температуру поддерживали на 25°С. На второй стадии (10 мин.), температуру фиксировали при 37°С. Процесс нагревания между обеими стадиями занимал приблизительно 20 секунд. Результаты показаны в таблице 3 и фиг. 2; они выражаются как модуль упругости G' и тангенс угла потерь tan δ=G''/G', соотношение эластических и вязких свойств показывает, какое из них является доминирующим. При значении tan δ 1 эластичные и вязкие свойства материала равны. Чем меньше тангенс угла потерь, тем более эластичный материал. Для физических гелей, значения составляют G'>G" и tan δ<1. Для вязких жидкостей, значения составляют G">G' и tan δ>1. Для данных в таблице 3 и фиг. 2, исследованные композиции получали с использованием рецептов в таблицах А и D для 165,5 и 165 г всего, соответственно.
Данные показывают, что хранение образца F1-20141210 в течение 12 недель не оказало существенного влияния на свойства текучести или степень эффекта термозагущения (фиг. 2). При 25°С образец показал тангенс угла потерь приблизительно 1. Нагревание до 37°С сопровождался быстрым уменьшением tan δ, что свидетельствует об усилении структуры геля. Кинетика этого процесса была аналогичной для свежеоперированных и 12-недельных образцов.
Исследование стрессового искривления (то есть, измерения модуля упругости и модуля потерь как функции напряжения при фиксированной частоте) проводили для подтверждения характера сдвигового разжижения образца, который хранили в течение 12-недельного периода. Результаты показаны на фиг. 3. При низких приложенных напряжениях значения модуля упругости G' были постоянными и аналогичны значениям, полученным для образца F1-20140825 (приготовленного по рецепту в таблице А для общей массы 110 г) (то есть, нестерильного образца, приготовленного в аналогичных условиях, в соответствии с теми, что для F1-20141210, который получали в партии всего 165,5 г). Поведение сдвигового разжижение (то есть, уменьшение модуля упругости G' как функции приложенного напряжения) наблюдалось для обеих композиций при аналогичном значении приблизительно 80 .па. Данные результаты подтверждают, что на проходимость через иглу образца не оказывает существенного влияния 12-недельное хранение при комнатной температуре.
В заключение, физико-химическая стабильность одного из композитных гелевых образцов оценивалась после 12 недель хранения при комнатной температуре (в закрытом контейнере, в темноте). Результаты показывают, что после 12 недель хранения свойства текучести и способность к сшиванию образца существенно не пострадали.
ПРИМЕР 4
Получение геля Pluronic F127, усиленного нанокристаллической целлюлозой Разработка проводилась относительно (1) начала гелеобразования композиции при температуре близкой к температуре тела / кожи (32-35°С), (2) проходимости через иглу композиции при комнатной температуре, и (3) времени, необходимого для индуцирования образование геля при 35°С.
Все композиции получали, используя следующую процедуру: полимер Pluronic F127 расплавляли в 20 мл стеклянной емкости при нагревании и перемешивании (от 1,6 до 1,8 г). При необходимости добавляли наполнитель (нанокристаллические целлюлозу (NCC)) (100 или 200 мг). Перемешивание и нагревание продолжали в течение приблизительно 5 мин. Раствор хитозана в 2% водн. АсОН добавляли при перемешивании до конечной массы образца 10 г. Образец выдерживали при энергичном перемешивании в течение ночи (без нагревания).
Начало гелеобразования измеряли нагреванием образца на водяной бане до желаемой температуры. Для нескольких композиций, проходимость через иглу/ способность к течению проверяли при комнатной температуре путем пропускания приблизительно 3 мл композиции из 10 мл пластикового шприца через иглу с 16 калибром.
В отдельном эксперименте время гелеобразования оценивали путем осаждения капли образца, удерживаемого при комнатной температуре, через иглу 16 калибра на стенке пластиковой трубки Эппендорфа, нагретой до 37°С. Время, необходимое для остановки текучести раствора, принималось в качестве приближения времени гелеобразования.
Растворы хитозана получали следующим образом. Раствор хитозана (СН, 2% масс./масс.) получали путем интенсивного перемешивания порошка хитозана, суспендированного в 2% АсОН, в течение ночи, что в результате приводило к образованию прозрачного и гомогенного желтоватого раствора. Этот раствор разбавляли до концентрации 1% и 0,5% водой с последующим добавлением 0,5% раствора NaOH до рН приблизительно 6. Растворы хитозана показаны в таблице 4.
* Для этих образцов оценивалось время гелеобразования; капелька композиции образовывала гель почти сразу после контакта со стенкой трубки Эппендорфа.
График показывает зависимость температуры гелеобразования от количества нанокристаллической целлюлозы (NCC) для композиции 17% Pluronic F127 в 1% СН (рН при приблизительно 6) показан на фиг. 4.
Температура гелеобразования композиций может регулироваться путем регулирования концентрации Pluronic F127. Присутствие СН не влияло на гелеобразование. Все образцы были способными вводиться шприцом при комнатной температуре. Для композиций, содержащих 18% Pluronic F127 в 1% или 2% растворе СН, время гелеобразования оценивалось почти немедленно. Добавление NCC привело к снижению температуры гелеобразования. NCC усиливает гели и индуцирует температурный гистерезис (то есть, образцы становятся жидкими при охлаждении до температур ниже их точки гелеобразования, как определено при нагревании).
ПРИМЕР 5
Синтез модифицированного хитозанового геля
Карбоксиметилхитозан получали следующим образом: Карбоксиметилирование проводили путем перемешивания хитозана (2 г) в 20% NaOH (масс/об. 100 мл) в течение 15 мин. Затем к реакционной смеси добавляли по каплям монохлоруксусную кислоту (15 г) и реакцию продолжали в течение 2 часов при 40+/- 2°С при перемешивании. Затем реакционную смесь нейтрализовали 10%-ной уксусной кислотой и затем выливали в избыток 70% метанола. Полученный карбоксиметилхитозан фильтровали с использованием стеклокерамической воронки G2 и промывали метанолом. Продукт сушили в вакууме при 55°С в течение 8 часов, получая 6,5 г высушенного карбоксиметилхитозана. Степень замещения карбоксиметилхитозана (CMCh), как было определено, составляла 0,75 с использованием описанных способов (Biomacromolecules, Vol.5, no. 2, 2004).
2
Поливинил ацетат (PVA) (1 г) растворяли в воде (85 мл) при 45°С. После того как PVA- водный раствор охлаждали до комнатной температуры, по каплям добавляли ацетон (15 мл) к интенсивно перемешиваемому раствору PVA в течение 15 минут с образованием приблизительно 1% (масс./об.) раствора PVA. Затем раствор выдерживали при 5°С в течение 24 часов до тех пор, пока он не стал светло-желтым, что указывает на то, что длинные цепочки ПВА уменьшились до наночастиц. Затем к раствору добавляли различные количества CMCh (0,5, 1 и 2 масс. %). Раствор продували N в течение 30 мин, затем к раствору добавляли 4,0 ммоль метиленбисакриламида (МВА), 0,4 ммоль персульфата калия (KPS) и 0,67 ммоль тетраметилендиамина (TEMED), и полимеризацию проводили в течение 15 часов при 30°С. Формируемые наногели либо использовались непосредственно, либо могли быть заморожены для образования лиофилизированного порошка, который легко предварительно диспергируется в воде, образуя дисперсию наночастиц, перед использованием.
3
3
3
Ацилхитозан получали следующим образом: MeSOH использовали в качестве растворителя для хитозана, чтобы защитить аминогруппы на молекулах хитозана от реакции ацилирования. Как правило, хитозан растворяли в MeSOH при комнатной температуре в течение 1 часа и затем при перемешивании добавляли по каплям октаноилхлорид, при этом молярное соотношение октаноилхлорида к повторяющейся единице хитозана составляло 0,66:1. Реакционную смесь оставляли на 5 часов при температуре окружающей среды перед тем, как прекращали добавление измельченного льда. Полученный в результате раствор диализовали в течение одного дня для удаления большей части кислоты, а оставшуюся соль кислоты и аммония затем нейтрализовали NaHCO. Конечную смесь диализовали против воды Milli-Q в течение более 3 дней, а затем лиофилизировали в виде порошка ацилхитозана (АС).
ПРИМЕР 6
Синтез РVА-Ацилата
3
Материалы: Поливиниловый спирт (PVA), 186K, 87%-89% гидролизованный: 10 г. R-СОС1 (например, лаурилхлорид, пальмитоилхлорид, октаноилхлорид): 1,68 г. Триэтиламин (ETN): 2,25 мл. 1-метил-2-пирролидон (NMP): 100 г.
3
В альтернативных экспериментах материалы были следующими: 10 г PVA, 186 K, 87-89% гидролизованный; 3,36 г R-COC1 (лаурилхлорид, пальмитоилхлорид, октаноилхлорид); 4,50 мл ETN; и 150 мл NMP.
3
Процедура синтеза: PVA добавляли к горячему NMP; если слишком вязкая, то добавляется больше NMP, до конечного объема 50 мл. После полного растворения добавляли R-COC1, с последующим добавлением ETN. Смесь оставляли при комнатной температуре в течение ночи при перемешивании. PVA-ацилат затем разбавляли путем добавления 3-кратной воды, перемешивали, и затем очищали, используя диализ в течение 5 дней и затем лиофилизировали. Выход: 90%.
-1
Вязкость при 6 с PVA-ацилата, полученного таким образом, показана на фиг. 5.
ПРИМЕР 7
Оценка удержания и толерантности герметизирующих составов для соска, введенных инфузионно коровам
Цель данного исследования состояла в том, чтобы оценить сохранение и толерантность нового использования двух композиций полимерный композит, полученный по способу золь-гель, (F1 и F4, полученных с использованием составов в таблицах А и D, соответственно, для 165,0 г всего) в виде интрацистернальных герметизирующих составов для соска (ITS) в течение сухого периода молочных коров.
Восемь коров (взрослый лактирующий беременный крупный рогатый скот Гольштейна) сушили в начале исследования, и каждой четверти была назначена одна из двух групп лечения: Т01 и Т02. Группа Т01 получила лечение F1, а группа Т02 получила лечение F4. Spectramast DC (цефтиофур гидрохлорид), сухую терапию коров проводили в расчете на четверть на этикетку инструкций перед инфузией герметизирующего состава. Композиции подвергали паровой стерилизации перед инфузией. Все дозы ITS вводили в виде интрацистернальных инфузий во все доступные части назначенной коровы. Все восемь животных были выделены для проведения последовательной ультразвуковой оценки в определенные моменты времени на протяжении всего исследования. Приблизительно через 60 дней после введения, после отела, весь тест ITS удаляли путем отгонки вручную. Общие наблюдения за состоянием здоровья и наблюдения за зрительным вымом / четвертью проводились и регистрировались на протяжении всего исследования.
Композиции ITS были доставлены либо с помощью шприца, либо с помощью специальной насадки для смешивания, либо готовых к использованию пластин, интрацистернальных (IMAM), 2,0 мл. Использовался метод частичного введения. F1 и F4 вводили при 2,2 г+/- 0,5 г. Оба препарата легко инфузионно вводились, хотя первоначальная устойчивость к инициации была замечена из-за свойств сдвигового разжижения субстрата. F4 потребовал больше силы для инфузии по сравнению с F1. Однако, как только поток был начат, F4 стал легче вливаться. Все шприцы были подвергнуты автоклавированию перед инфузией. Вливание субстрата во все тестовые соски у животных было легко осуществлено. Никакие шприцы не демонстрировали дефектов. Никакие шприцы не продемонстрировали трудности при инфузии.
Было признано, что телята удалялись сразу при рождении и, следовательно, не разрешались кормить молоком. Субстрат легко удаляли путем ручного удаления из всех сосок при первом доении животного после отела приблизительно через 60 дней после введения. Не было обнаружено никаких трудностей при удалении какого-либо субстрата из сосков каких-либо животных.
Образцы первого молочного пост-отела собирали для анализа на наличие герметизирующего субстрата. Удельный вес образцов после сбора не определялся из-за невозможности отличить материал герметизирующего состава для соска от молозива. Вследствие того, что свойства сдвигового разжижения и чувствительными к температуре герметизирующих составов для соска и а также потому, что усилие сдвига проявлялось на композициях для того, чтобы удалить их из цистерны соска, композиция утончалась при удалении из соска. Кроме того, поскольку данные композиций представляют собой гели при более высоких температурах и становятся жидкими при более низких температурах, образцы, помещая образцы отгонки молозива, собранные в холодильник сразу после сбора, дополнительно разбавляют композиции. Когда композиция возвращалась в жидкую форму при холодной температуре холодильника, обычным способом стало трудно отделять субстрат герметизирующего состава от молозива, чтобы облегчить точное процентное восстановление для измерения полного удаляемого субстрата.
Патологоанатом осмотрел внутреннюю часть каналов соска для обеспечения безопасности композиций. Не было выявлено серьезных повреждений, которые имели бы какое-либо отношение к тестируемому субстрату или композициям. Было отмечено одно заболевание одного соска, имеющего мягкий субэпителиальный фиброз и мононуклеарную инфильтрацию. Этот вывод не мог быть соотнесен с исследуемым субстратом. Все остальные исследованные соски были нормальными без каких-либо неблагоприятных результатов. Ткани были отправлены для секционирования, если были выявлены какие-либо области грубой патологической проблемы, чтобы исключить какие-либо проблемы с субстратом, но ни одна из них не была идентифицирована. Микроскопическая оценка ткани из этого исследования удержания в результате не привела к каким-либо связанным с субстратом данным.
Композиции оставались в сосках до отела и визуально оценивались на протяжении всего периода удержания с помощью ультразвуковой расшифровки. Ультразвуковые наблюдения проводились обученным персоналом для оценки присутствия герметизирующего состава в дни 0, 1, 4, затем еженедельно до окончания отела. Номера регистрировались в визуальном масштабе от 0 (без герметизирующего состава, видимого в цистерне) до 5 (цистерна соска полностью закрыта герметизирующим составом). Какие-либо необычные наблюдения записывались в форме ежедневных наблюдений. Все композиции оставались в сосках в течение сухого периода коровы без происшествий.
Результаты ультразвуковой расшифровки показаны в нижеследующих таблицах 5 и 6 для F1 и F2, соответственно:
В целом, исследование показало, что композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель, было легко вводить путем интрацистернальных инфузий и удалять путем ручной зачистки. Результаты также показали, что молочные коровы хорошо переносят герметизирующие составы для соска без неблагоприятных побочных эффектов. Наконец, результаты продемонстрировали сохранение герметизирующих составов для соска в течение сухого периода молочных коров, пока герметизирующие составы не были физически удалены в конце исследования.
ПРИМЕР 8
Оценка удержания и толерантности герметизирующих составов для соска, введенных инфузионно коровам
Цель данного исследования состояла в том, чтобы оценить сохранение и толерантность нового использования двух композиций полимерный композит, полученный по способу золь-гель, (F1 и F4, полученных с использованием составов в таблицах А и D, соответственно, для 165,0 г всего) в виде интрацистернальных герметизирующих составов для соска (ITS) в течение сухого периода молочных коров.
Тридцать коров (взрослый лактирующий беременный крупный рогатый скот Гольштейна) были высушены при начале исследования, и каждой четверти была назначена одна из четырех групп лечения, от Т01 до Т04. Инфузионно вводилось два объема дозы 2,0 и 3,0 мл на композицию, чтобы оценить, влияет ли объем на сохранение. Группы Т01 и Т02 получали лечение F1 при объеме приблизительно 2,0 мл (фактическая доза: в среднем 1,99+/-0,19) и приблизительно 3,0 мл (фактическая доза: средняя 2,88±0,15), соответственно. Группы Т03 и Т04 получали лечение F4 при объеме приблизительно 2,0 мл (фактическая доза: в среднем 1,54+/- 0,37) и приблизительно 3,0 мл (фактическая доза: в среднем 2,24+/-0,55), соответственно. Животные были сначала аклиматизированы к объектам, диете и источнику воды, по меньшей мере, в течение 10 дней до начала исследования. В день исследования -1+1-2 дня, до утреннего доения, образцы молока были взяты для анализа количества соматических клеток и оценки бактерий.
Spectramast DC (цефтиофур гидрохлорид) сухую терапию корове проводили в расчете на каждую этикетку инструкций перед инфузионным введением герметизирующего состава. Все дозы ITS вводили в виде интрацистернальной инфузии всем доступным четвертям назначенной коровы. Еженедельная ультразвуковая оценка сосков всех тридцати животных в определенное время на протяжении всего исследования была завершена с целью определения сохранения и оценки герметизирующих составов в качестве физического барьера.
6
Концы сосков всех четырех четвертей пятнадцати животных экспонировали еженедельно до бактериальной суспензии в течение сухого периода и после введения соскового герметизирующих составов и сухой терапии коров для имитации плохих гигиенических условий в молочных продуктах. Замороженный запас Е. coli использовали для приготовления бактериальной суспензии 1×10 колониеобразующих единиц/мл (КОЕ/мл) в трипсинатном соевом бульоне. Все четыре конца сосков животных подвергали действию препарата Е. coli путем однократного окунания из окунающей чашки один раз в неделю, начиная с 7-го дня. Воздействие на Е. coli прекращалось после отела или удаления соскового герметизирующего состава.
Приблизительно через 60 дней после введения и при первом доильном доинге, исследуемый ITS удаляли путем выдавливания вручную. Образцы восстановленного герметизирующего состава хранили при комнатной температуре. Начиная с дня первого дойного доения, каждая корова наблюдалась касательно клинических признаков мастита. Стерильные образцы четвертей для бактериологической культуры собирали из каждой четверти вымени после тщательной очистки и предварительной отгонки каждого отдельного соска на 1, 2, 3, 7, 10 и 14 дни после отела. Образцы молока и молозива собирали в разное время на протяжении всего эксперимента для измерения потенциальных остатков или метаболитов. Соматические количества клеток и массу молока также регистрировались для оценки состояния вымени, наличия мастита и качества молока.
Ультразвуковой анализ для всех субстратов показал наличие значительного количества материала в течение сухого периода независимо от объема дозы. Наблюдалось, что субстрат претерпевает изменения во внешнем виде между днями 14-35. Обе композиции, по-видимому, сохранялись в канале соска и оставались защитным барьером в течение всего сухого периода до физического удаления сосковых герметизирующих составов. Субстрат после отела удаляли из соска путем ручной зачистки.
По возвращении к лактации здоровье вымени, появление молока и присутствие бактерий контролировались в течение двух недель для всех животных, оставшихся в исследовании. В то время как аномальные (повышенные) оценки здоровья вымени были отмечены у небольшого числа отдельных коров для всех групп лечения в течение 14-дневного периода, это не могло быть связано с неудачей герметизирующего состава для соска. Ни показатели здоровья, ни показатели качества молока не были статистически различны между группами лечения.
Для подтверждения профилактики мастита потребуются надлежащим образом разработанные и контролируемые полевые исследования. Однако на основе этого исследования удержания можно сделать вывод, что полимерный композит, полученный по способу золь-гель, обеспечивает достаточный, продолжительный физический барьер, который способен защищать здоровых молочных животных от новых инфекций или повторных инфекций.
Таким образом, все виды лечения оставались на протяжении всего сухого периода и, как представляется, защищали сосок с помощью ультразвуковой оценки. Все субстраты были легко удалены, и при грубой и микроскопической оценке тканей не отмечалось никаких эффектов, связанных с обработкой. В целом, обе композиции F1 и F4 хорошо зарекомендовали себя при хорошем удержании в течение сухого периода.
ПРИМЕР 9
Оценка применения полимерного композита, полученного по способу золь-гель, для высвобождения лекарственного средства
Цель этого исследования состояла в том, чтобы оценить высвобождение и антимикробную активность антибактериального агента посредством композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель. Композиция F2, полученная, как описано в данном документе выше, была использована и нагружена 20 мг амоксициллина на грамм композиции без влияния на его реологические свойства, что, в свою очередь, связано с образованием пробки для зепечатывания сосков.
Амоксицилиновая нагрузка: Нагруженную композицию F2 полимерного композита, полученного по способу золь-гель, получали путем тщательного смешивания метилцеллюлозы (8,0 м %), хитозана (2,0 м %), амоксицилин тригидрата (2,0 м %), и монокалия фосфата (0,76 м %) в 0,1 М уксусной кислоте до получения однородного не совсем белого крема.
Реологические данные нагруженного золь-геля F2 сравнивали с реологическими данными нагруженного F2 полимерного композита, полученного по способу золь-гель (таблица 7). Данные из таблицы 7 представляют собой средние свойства нескольких партий (из одного и того же сырья) либо разгруженных (n=6), либо нагруженных (n=3) золь-гелей. Значения модуля сдвига сохранения G' и модуля сдвига потери G'' статистически равны между двумя золь-гелевыми композициями; таким образом, значение tan δ были тривиально равны. Это демонстрирует, что эти соответствующие физические свойства полимерного композита, полученного по способу золь-гель, не были затронуты включением 2 м % амоксицилина.
274
274,этанол
272,HCl 0,1M
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Количественное определение амоксициллина. Для того, чтобы контролировать выделение амоксициллина из нагруженного полимерного композита, полученного по способу золь-гель, для количественного определения лекарственного средства использовали простой спектрофотометрический способ. Абсорбция при 274 нм коррелирует с концентрацией амоксициллина в фосфатном водном буфере с использованием ε=1,2 мМсм (Саrу 60 UV-V - спектрофотометр Agilent Technologies). Этот коэффициент экстинкции согласуется с другими значениями, найденными в литературе (ε=1,4 мМсм и ε=1,1 мМсм; The Merck Index Online).
2
4
Высвобождение амоксицилина. Количество нагруженного полимерного композита, полученного по способу золь-гель, сначала осаждали на самом дне кварцевой кюветы, выдерживаемой при или Т=37°С, или Т=25°С. Затем кювету заполняли известным объемом фосфатного буфера (100 мМ KНРО, 100 мМ NaCl, рН=6,5). В этот момент, амоксицилин начал диффундировать из золь-геля. Данное высвобождение контролировали, следуя поглощению раствора, указанного выше, золь-гель-аликвоты при 274 нм. Высвобождение амоксицилина (фиг. 8) рассчитывали по формуле:
-1
-1
атох
буфер
гель
где А представляет собой поглощение при 274 нм,  представляет собой коэффициент экстинкции амоксициллина при 274 нм (1,2 мМсм),  представляет собой длина пробега кюветы, n*** представляет количество амоксициллина, первоначально содержащегося в золь-геле, осажденном к дну кюветы, и V представляет собой общий объем кюветы (то есть, V+V). Кривые на фиг. 8 представляют собой среднее высвобождение из экспериментов, выполненных на трех партиях полимерного композита, полученного по способу золь-гель. Кривая при 37°С (то есть, физиологической температуре) показала раннее поведение высвобождения золь-геля, причем 50% лекарственного средства, высвобожденного в течение приблизительно 1 часа, с последующим замедленным высвобождением до тех пор, пока 100% амоксицилина не высвобождалось через приблизительно 6 часов, что было бы полезно для достижения быстрого и устойчивого уровня в крови противомикробного агента. При 25°С, высвобождение происходило гораздо медленнее, так как только приблизительно 20% амоксицилина высвобождалось из полимерного композита, полученного по способу золь-гель, через 5 часом. Данные результаты показывают, что нагруженный золь-гелевая композиция, высвобожденная его содержание по кривой постепенного высвобождения при физиологической температуре. Кроме того, было обнаружено, что скорость высвобождения положительно коррелирует с температурой образца.
Антимикробная активность: Антимикробная активность амоксицилина, нагруженного полимерного композита, полученного по способу золь-гель, была оценена с помощью анализа восприимчивости диска Кирби-Бауэра. Его зону ингибирования оценивали и сравнивали с ее зоной ненагруженного геля.
Аликвоту 1 г амоксицилина, нагруженного в F2 золь-гель, полученного, как описано выше, распределяли на 25 мм целлюлозном диске (Millipore). Диск затем осаждали на пластину агара для крови TSA II (Oxoid), которую инокулировали 100 мкл Escherichia coli АТСС 25922 в культуре бульона и разбавляли в соответствии со стандартом мутности 0,5 McFarland. Такую же процедуру использовали для контрольного эксперимента, который проводили с использованием ненагруженного золь-гена F2.
После 24 часов инкубирования, зона ингибирования d=42 мм (Таблица 8) была видима в среде целлюлозного диска для нагруженного геля, в то время как в контроле не было зоны ингибирования. С зоной ингибирования на 16 мм выше размера диска, эффективное антимикробное действие амоксициллина на Е. coli АТСС 25922.
Таким образом, амоксициллин был обнаружен спектрофотометрией, полностью высвобождаемым из полимерного композита, полученного по способу золь-гель, в течение 6 часов при 37°С, при этом только 25% высвобождалось при 25°С. Наконец, полимерный композит, полученный по способу золь-гель, нагруженный амоксицилином, продемонстрировал явную антимикробную активность по сравнению с незагруженным золь-гелем, как оценивается по способу чувствительности Кирби-Бауэра.
ПРИМЕР 10
Оценка полимерного композита, полученного по способу золь-гель, в качестве барьера для бактериальной миграции
Цель этих двух испытаний в этом исследовании состояла в том, чтобы продемонстрировать способность композиций полимерного композита, полученного по способу золь-гель действовать в качестве барьера против бактериальной миграции в смоделированном стеклянном коровьем соске.
Композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель, F1-F4 показанные в таблице 9, получали как описано выше в данном документе.
Различные золь-гелевые композиции могут быть определены по их соответствующим реологическим свойствам в виде Tan δ, G' и G'', как представлено в таблице 10.
Кроме того, тестовую среду для контроля подвижности, обозначенную «ВАМ 103», получали путем смешивания триптозы 10,0 г/л и хлорида натрия 5,0 г/л, затем отверждали добавлением агара 5,0 г/л.
Исследование 1 - Оценка непроницаемости полимерного композита, полученного по способу золь-гель, для бактерий: Исследование 1 было основано на стандартном анализе подвижности на бактериях, чтобы проверить способность бактерий мигрировать через гелевую среду, содержащую полимерный композит, полученный по способу золь-гель, образцы. С этой целью подвижные бактерии Escherichia coli АТСС 25922 инокулировали в виде 1/10 разбавления культуры в течение ночи в триптическом соевом бульоне (TSB) в соответствии со стандартом мутности 0,5 McFarland. В 15 мл полипропиленовой пробирке для исследования, сначала добавляли 10 мл исследуемой гелевой пробки, затем поверх каждой исследуемой композиции добавляли слой трифенилтетразолий хлорида (ТТК 0,5 г/л). ТТС представляет собой чувствительный к бактериям краситель, который образует красный осадок при восстановлении контакта с бактериями.
Бактериальный раствор, культивированный в течение ночи в TSB, добавляли в виде третьего слоя. 1 мл этого инокулята добавляли к ТТС и пробирку инкубировали в течение 24 и 48 часов при 37°С.
Способность бактерий мигрировать в композицию полимерного композита, полученного по способу золь-гель, оценивается по глубине красного цвета, измеренной сверху вниз нижнего золь-гель-слоя в исследуемой пробирке. Исследуемые пробирки проверяли на цвет, который может распространяться сверху вниз в зависимости от потенциальной миграции бактерий. Был начальный красный цвет, который появился на границе бактериального геля из-за частичного проникновения в среду (уменьшение ТТС). Как представлено в таблице 11, композиции F1-F4 полимерного композита, полученного по способу золь-гель, согласно представленному изобретению не позволяют проникновение бактерий, тогда как контроль ВАМ103 допускает проникновение бактерий в течение 48 часов. Бактериальное проникновение в контроле твердого агара наблюдалось только на границе раздела между гелями F1-F4 и в пробирках, где образовался тонкий межфазный слой воды агара.
* никакого проникновение внутрь геля не было обнаружено, но проникновение в пробирку в Агар-исследовании раздела фаз, как было обнаружено, составляло 30 мм
Предыдущий эксперимент продемонстрировал способность композиций полимерного композита, полученного по способу золь-гель, быть непроницаемыми для подвижных бактерий.
Исследование 2 - Оценка полимерного композита, полученного по способу золь-гель, барьерных свойств искусственного стеклянного соска коровы: Исследование 2 использовалось для оценки способности полимерного композита, полученного по способу золь-гель, предотвращать миграцию бактерий между двумя контейнерами. Для этого эксперимента нижний, первый контейнер 1 был заполнен питательным бульоном и бактериями. Верхний второй контейнер 2 был заполнен стерильным питательным бульоном. Эти два контейнера были соединены смоделированным стеклянным соском (длина ∅26 мм, 6 см, отверстие ∅2,6 мм), заполненные полимерным композитом, полученным по способу золь-гель, композиция F3, полученной, как описано выше в данном документе. Эксперимент состоял в слежении за наличием или отсутствием бактериального загрязнения, которое может мигрировать вверх в контейнер 2 со временем при 37°С.
Бактериальные штаммы, представленные в таблице 12, были отобраны для исследования в виде смешанной культуры, которая будет представлять собой источник мастита крупного рогатого скота.
В этом эксперименте адгезия между стеклом и пробкой из полимерного композита, полученного по способу золь-гель, оказалась критической для характеристик барьера. Наличие пузырьков, неравномерная адгезия или последовательный переход из полимерного композита, полученного по способу золь-гель, снижали эффективность за счет снижения адгезии стекло-гель. Это явление было особенно значительным в начале эксперимента, что вызывало прямое слияние двух контейнеров. Отслеживание адгезии адгезии стекло-гель проводили путем добавления хлорида трифенилтетразолия (ТТС 0,5 г/л), чувствительного к бактериям красителя, который образует красный осадок при восстановлении контакта с бактериями.
Было оценено исследование способности ТТС-меченого F3 поддерживать свойство бактериального барьера во времени. В дни 0, 2, 5, 6, 9, 12 и 18 бактериальное загрязнение оценивали как в стерильных, так и в загрязненных средах. Наблюдения регистрировали в дни 0, 3, 6, 14 и 15. Замена культурной среды и свежая инокуляция были добавлены в загрязненную камеру на дни 3, 6, 9 и 13. На 12-й день признаки частичной адгезионной недостаточности начали показывать снижение адгезии стекло-гель. В дни 12 и 17 наблюдался спад адгезии на стыке стеклянного соска коровы со слоем образцов F1-F4 полимерного композита, полученного по способу золь-гель. На 15-й день наблюдалось визуальное обнаружение загрязнения в верхнем контейнере 2 над гелевой пробкой (то есть, диффузия красителя ТТК имела красный цвет в первоначально незагрязненном отсеке, когда хорошо прилипшая пробка на День 0 потеряла адгезию к стеклу). На 17-й день пробка перестала полностью прилипать к стеклу. К 18-му дню количественное определение бактериального загрязнения по количеству пластин подтвердило нарушение стерильности, поскольку потеря прилипания к стеклу позволила бактериям мигрировать через границу раздела гель-стекло, что привело к загрязнению контейнера 2.
Зная высокий риск нарушения адгезии золь-геля к стеклу, данное исследование, таким образом, крайне неблагоприятно для золь-гель-характеристик. До потери адгезии фактические характеристики, представленные для нескольких исследований в течение от 1 до 15 дней экспериментов и объединенные в таблице 13, показывают, что F3 предотвращает бактериальное загрязнение. Контроль из вазелина / парафинового воска 1:5 основано на гидрофобной пробке, которая известна как полностью непроницаемая для бактерий, но контроль также исследовал проблемы с адгезией со стеклом, аналогичные тем, которые наблюдались для золь-гель-композита. Результаты показывают сходную производительность для этого непроницаемого контроля и полимерных композиций, полученных по способу золь-гель согласно изобретению. Производительность, полученная для F3, между 8 и 15 днями во время способности поддерживать прилипание к стеклу и действовать как барьер для бактерий, значительно выше, чем у проницаемого контрольного ВАМ103, который не может предотвратить бактериальное заражение через 24 часа. Таким образом, исследование 2 дает доказательства того, что композиционные композиты по способу золь-гель согласно данному изобретению обладают способностью быть эффективным барьером против миграции бактерий.
Таким образом, исследование 1 продемонстрировало способность композиций полимерного композита, полученного по способу золь-гель, предотвращать миграцию бактерий в течение 48 часов по сравнению с контрольным гелем ВАМ103, что позволило мигрировать подвижные бактерии. Результаты различных композиций полимерного композита, полученного по способу золь-гель, показали полную непроницаемость для бактерий, тем самым предотвращая проникновение бактерий в гель. В исследовании 2 свойство барьера в искусственном стеклянном коже для борьбы с бактериальной миграцией продолжалось до тех пор, пока поддерживалась адгезия между стеклом (смоделированный субстрат) и золь-гелевой пробкой. Было показано, что показания были аналогичны непроницаемому контролю парафина и вазелина и значительно дольше, чем проницаемый контроль ВАМ103. Поскольку долговременное удерживание наблюдалось в исследованиях in vivo, описанных в примерах 7 и 8, можно понять, что композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель, согласно представленному изобретению будут действовать как эффективный барьер герметизирующего состава для сосков против подвижной и неподвижной миграции бактерий во время сухого периода молочных коров до тех пор, пока герметики не будут физически удалены.
ПРИМЕР 11
Оценка влияния неорганического наполнителя на реологию золь-геля
2
Композицию F2 полимерного композита, полученного по способу золь-гель, (1,5 л) получали, как описано выше в примере 1, и затем смешивали с наполнителем (диоксидом кремния (SiO) или нанокристаллической целлюлозой (NCC)) в различных концентрациях (1 масс. %, 5 масс. % и 20 масс. %). Было оценено влияние наполнителя на плотность и реологические свойства композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель. Результаты показаны в таблице 14.
2
2
Результаты показывают, что модуль сохранения (С) увеличивается за счет увеличения количества наполнителя в композиции полимерного композита, полученного по способу золь-гель, что указывает на то, что чем выше содержание твердого вещества в композиции, тем жестче гель будет при 37°С. При 1 и 5 мас. % SiO модуль потерь оставался незначительным по сравнению с исходным составом («отсутствует»). Такое же наблюдение можно было бы сделать для NCC, за исключением 5 масс. %, где G'' увеличивался при обеих температурах по сравнению с основным материалом. Что касается tan δ при 25°С, он увеличивался на 1% по массе SiO, что указывает на то, что гель лучше течет при комнатной температуре по сравнению с исходной партией («отсутствует»). Затем он уменьшался с увеличением содержания наполнителя по тем же причинам, которые были описаны ранее в отношении содержания твердого вещества. Такое же поведение наблюдалось и для NCC. Не наблюдалось никакого перехода геля с 20 мас. % NCC. Наконец, исходная партия имела более низкую плотность (0,96 г / мл), чем вода, из-за наличия пузырьков воздуха в золь-геле. Добавление наполнителя до 20 мас. % В золь-гелевую композицию позволило продукту достичь плотности около 1,10 г/мл в пределах допустимого предела состава F2 без пузырьков воздуха. В целом, результаты показывают, что добавление неорганического наполнителя из двуокиси кремния позволяет значительно увеличить G' (приблизительно до двух) как для зольного, так и для гелевого состояний, не влияя на переход от золя к гелю и сдвиговое разжижение композиции.
ПРИМЕР 12
Оценка влияния степени деацетилирования хитозана (PDA) на свойства золь-геля
Полимерный композит, полученный по способу золь-гель, композиция F2, получали, как описано выше в примере 1, с использованием хитозана, имеющего разную степень деацетилирования (%DDA). Результаты показаны в таблице 15.
Когда хитозан % DDA в композиции F2 опустился ниже 76%, композиция начала терять свои золь-гелевые характеристики. В частности, значение tan δ, значение наблюдаемое при 25°С и 37°С, и особенно соотношение tan δ (tan δ при 25°C/tan δ при 37°С), обеспечивают индикацию и масштаб перехода золь-гель. При переходе к хитозану с низким содержанием % DDA (от 90% до 75,5% DDA), наблюдалось заметное снижение эффективности F2, когда соотношение tan δ уменьшилось с 3,3-6,4 до 1,2, как показано в таблице 15 ниже.
*
%DDA определяли с использованием другой партии той же спецификации хитозана реагента.
Для того, чтобы объяснить уменьшение золь-гель-характеристик, был разработан двухфакторный дизайн эксперимента (DOE). Были рассмотрены два параметра хитозана: степень деацетилирования (% DDA) и молекулярная масса (MM).
Наиболее значимыми выходными факторами и их ожидаемыми значениями для оптимальной композиции F2 при сохранении приемлемых значений tan δ при 37°С являются: комплексная вязкость при 25°С; tan δ при 25°С; и осцилляторное напряжения гелеобразования.
Комплексная вязкость должна быть низкой и tan δ при значениях 25°С должен быть высоким для того, чтобы композиция F2 проявляла наиболее «жидкий» характер; ожидается, что это приведет к максимальной масштабируемости для композиции. Осцилляторное напряжение гелеобразования должно быть низким, чтобы увеличить «проходимость через иглу» продукта, в конечном счете, для повторной доставки продукта через шприц конечным пользователем. Результаты DOE приведены в таблице 16.
Результаты, показанные в таблице 16, показывают, что % DDA является самым значительным фактором в снижении комплексной вязкости, увеличивается tan δ при 25°С и уменьшается способность к сшиванию состава. Результаты этого DOE также предположили, что высокомощный DWD (404580 кДа, 97,6% DDA) хитозана дает оптимальную композицию с точки зрения этих свойств. Полученная композиция давала наименьшую вязкую (комплексную вязкость), самую вязкую жидкость - в отличие от гелеобразной природы (tan δ при 25°С) и наиболее сшиваемую композицию (осциляторное напряжение) для всех исследованных образцов, при сохранении подходящего вязкого геля при 37°С (tan δ при 37°С). Результаты показывают, что в некоторых вариантах осуществления хитозан, имеющий % DDA, около 77% или выше, необходим для получения функционального золь-геля.
В вышесказанном было дано подробное описание конкретных вариантов осуществления представленного изобретения с целью иллюстрации, а не ограничения. Следует понимать, что все другие модификации, ответвления и эквиваленты, очевидны для квалифицированных специалистов в данной области, основанный на данном изобретении, предназначены для включения в объем изобретения, как заявлено.