СПОСОБ АНТИСЕПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF ANTISEPTIC SURFACE PREPARATION OF PRODUCT MADE OF POLYMERIC MATERIAL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области медицины и реабилитации (восстановительного лечения) и может быть использовано для антисептической обработки поверхностей изделий из полимерных материалов медицинского назначения, используемых в малой ортопедии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Основными факторами, влияющими на выбор того или иного антисептического средства, используемого для обработки поверхностей изделий, являются его эффективность по отношению к патогенным микроорганизмам, степень токсичности, длительность действия, удобство применения.
Поверхностная обработка изделий медицинского назначения проводится, предпочтительно, в антисептических водных или водно-спиртовых растворах.
В медицинской практике в качестве антисептических компонентов для обработки поверхностей изделий, в том числе из полимерных материалов, традиционно используют гуанидиновые соединения.
Биоцидную активность гуанидиновым соединениям придает несущий катион гуанидиния, который взаимодействует с отрицательно заряженной бактериальной клеткой, адсорбируется на ее поверхности, блокируя тем самым дыхание, питание и транспорт метаболитов через клеточную стенку, что приводит к гибели бактерии.
Для поверхностной обработки используют как низкомолекулярные (хлоргексидин), так и высокомолекулярные гуанидиновые соединения (полигексаметиленгуанидин (ПГМГ)).
Однако данные препараты являются токсичными, эффективность их действия к микроорганизмам различна.
В настоящее время значительное внимание уделяется получению антисептических препаратов на основе металлов бактерицидного действия: Ag, Аu, Pt, Pd, Сu, и Zn (см. Н.Е.Morton, Pseudomonas in Disinfection, Sterilisation and Preservation, ed. S.S. Block, Lea and Febider 1977 и N.Grier, Silver and Its Compounds in Disinfection, Sterilisation and Preservation, ed. S.S.Block, Lea and Febiger, 1977). При этом перспективными являются препараты, имеющие металлсодержащие компоненты с нанометровым диапазоном частиц и, в основном, ультрадисперсные биоциды, содержащие серебро, [см. кн. Благитко Е.М. и др. «Серебро в медицине», Новосибирск: Наука-центр, 2004, 256 с.].
Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение для антисептической обработки изделий из полимерных материалов (см. патент RU №2330673, публ. 2008 г.).
Данное техническое решение заключается в образовании на поверхности изделия антисептического покрытия при использовании препарата, содержащего биоцид на основе нанодисперсного порошка бентонита, интеркалированного ионами серебра или/и меди в растворе полимерного связующего, при этом размер частиц порошка бентонита не более 150 нм.
Известный препарат используют для формирования антисептического покрытия на поверхности изделий из материалов на основе органических полимеров.
5
5
Вместе с тем процесс формирования антисептического покрытия малоэффективен при использовании известного препарата для образования покрытия на поверхности изделий, изготовленных из кремнийорганических (полидиметилсилоксановых) каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10, которые используются для изготовления изделий малой ортопедии (корректора стопы, стелек, подпяточников и пр).
Объясняется это:
значительной гидрофобностью поверхности кремнийорганических (полидиметилсилоксановых) каучуков, для структуры которых характерна поверхностная ориентация углеводородных радикалов, снижающих адгезионные свойства названных материалов;
низкой стойкостью получаемого на обрабатываемой поверхности антисептического покрытия к истирающим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации изделий малой ортопедии.
5
5
При разработке технологического процесса по антисептической обработке полимерных материалов авторы учитывали, что кремнийорганические каучуки с молекулярной массой 2·10-6·10 по своей плотности, упругости, твердости оптимальны для изготовления из этих материалов ортопедических изделий, эксплуатация которых требует эффективной антисептической обработки. Вместе с тем, учитывая химическую, термическую стойкость и высокую гидрофобность данных материалов, авторы изобретения считали целесообразным использовать для модификации обрабатываемой поверхности изделия процесс плазмохимической обработки, который широко используется в различных отраслях техники, в том числе в медицине для модификации поверхности полимерных материалов. Однако в известных процессах модификации поверхностей полимерных материалов плазмохимическая обработка сопровождается, например, металлизацией поверхностного слоя, что нецелесообразно для изделий из кремнийорганических каучуков, эксплуатация которых требует сохранения их функциональных свойств (плотность, упругость, твердость).
При создании изобретения авторы учитывали также, что образование покрытия с антисептическими свойствами на поверхности изделий, изготовленных из кремнийорганических каучуков и используемых в малой ортопедии, требует получения эксплуатационно надежного антисептического покрытия.
Использование для этих целей антисептического препарата по известному техническому решению (патент RU №2330673) малоэффективно в виду низких эксплуатационных свойств образуемого покрытия при контактном взаимодействии с живой тканью.
Задача изобретения свелась к созданию способа антисептической обработки медицинского изделия из полимерных материалов, технический результат которого состоит:
5
5
в получении эффективного по антисептическим и эксплуатационным свойствам покрытия на поверхности изделий, изготавливаемых из полимерных материалов на основе кремнийорганических (полидиметилсилоксановых) каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10;
в сохранении функциональных свойств этих материалов при эксплуатации изделий.
5
5
2
Для решения поставленной технической задачи предложен способ антисептической обработки поверхности медицинского изделия из полимерного материала, заключающийся в образовании на поверхности изделия антисептического покрытия посредством препарата, содержащего биоцид на основе нанодисперсного порошка бентонита, интеркалированного ионами серебра или/и меди в растворе полимерного связующего, при этом размер частиц порошка бентонита не более 150 нм, согласно изобретению, процесс образования антисептического покрытия осуществляют в два этапа, на первом - поверхность изделия, изготовленного из полимерного материала на основе кремнийорганических каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10, модифицируют в низкотемпературной кислородной плазме с расходом кислорода (О) 0,8-7 л/ч, рабочем давлении, равном (70-135)±5 Па, при высокочастотном электромагнитном излучении с частотой 13,56 МГц и мощности 20-40 Вт, в течение (2-3)±1 мин, а на втором - модифицированную поверхность изделия обрабатывают антисептическим препаратом, в котором в качестве полимерного связующего используют фторакриловый полимер в растворителе на основе перфторизобутилметилового и перфторбутилметилового эфиров при соотношении, мас.%:
фторакриловый полимер
1-3
растворитель
остальное,
причем растворитель на основе перфторизобутилметилового эфира и перфторбутилметилового эфира берут при соотношении, мас.%:
перфторизобутилметиловый эфир
20-80
перфторбутилметиловый эфир
20-80,
при этом антисептический препарат имеет следующее соотношение компонентов: биоцид: полимерное связующее в растворителе, как 1:(50-100) вес.ч.
Согласно изобретению, в качестве биоцида в антисептическом препарате используют смесь нанодисперсных порошков бентонита, интеркалированных ионами серебра и ионами меди при соотношении:
бентонит, интеркалированный ионами серебра: бентонит, интеркалированный ионами меди, как 1:(0,5-1) вес.ч.
5
5
При реализации изобретения на поверхности изделий, изготавливаемых из полимерных материалов на основе кремнийорганических (полидиметилсилоксановых) каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10 формируют покрытие с эффективными антисептическими и эксплуатационными свойствами с сохранением функциональных свойств материалов, используемых для изготовления изделий, предпочтительно ортопедических.
Данные обстоятельства объясняются:
осуществлением процесса образования антисептического покрытия в два этапа;
5
5
наличием на первом этапе обработки процесса модифицирования поверхности изделия, изготовленного из полимерного материала на основе кремнийорганических каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10;
использованием плазмохимической обработки для процесса модифицирования поверхности изделия в среде низкотемпературной кислородной плазмы (с учетом заданного технологического процесса). В результате поверхность изделия из названных материалов приобретает гидрофильные свойства, т.к. на поверхности изделия образуются силанольные (Si-OH) и силоксановые (Si-O-Si) группы;
использованием на втором этапе обработки антисептического препарата, содержащего нанодисперсию минерального биоцида, полимерное связующее в виде фторакрилового полимера и растворителя на основе перфторизобутилметилового и перфторбутилметилового эфиров. Использование данного препарата обеспечивает эффективное адгезионное взаимодействие с модифированной поверхностью изделия. В результате на обрабатываемой поверхности изделия образуется новое покрытие с антисептическим эффектом, не нарушающее физико-химических свойств материала, используемого для изготовления изделия, и не вызывающее раздражающего воздействия на кожу человека.
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и реализующих вышеописанный результат.
Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна», «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение может быть промышленно реализовано с использованием известного технологического оборудования и соответствующих для реализации изобретения продуктов и материалов, что подтверждается ниже приведенным описанием изобретения.
Сущность изобретения поясняется рекомендациями относительно выбора используемых для реализации изобретения оборудования, продуктов и материалов, примерами реализации изобретения.
Для осуществления способа антисептической обработки поверхности изделия из полимерного материала используют:
+
2+
3
2
4
биоцид - нанодисперсный порошок бентонита, интеркалированный ионами металлов серебра (Ag) или/и цинка (Zn). Данный биоцид изготовлен в соответствии с изобретением по патенту RU №2330673. Для изготовления биоцида по известному техническому решению используют бентонит (монтмориллонит) Na-формы, натрий хлористый (NaCl), нитрат серебра (AgNO), сульфат меди (CuSO). Процесс изготовления дисперсного порошка биоцида осуществляют в два этапа. На первом этапе получают полуфабрикат бентонита, активированного ионами натрия, а на втором этапе полуфабрикат интеркалируют ионами серебра или меди путем реакций ионного замещения натрия на ионы серебра или меди.
Предпочтительно для реализации изобретения использование нанодисперсного порошка бентонита, интеркалированного ионами серебра, или смесей порошков бентонита, интеркалированных ионами серебра и меди при соотношении 1:1 (в.ч.), что снижает затратную часть;
коммерческий продукт EGC-1700, торговая марка Novec, производитель компании 3М (US). Данный продукт изготовлен на основе фторакрилового полимера и перфторизобутилметилового и перфторбутилметилового эфиров. Продукт на основе фторакрилового полимера с растворителями в виде перфторизобутилметилового эфира и перфторбутилметилового эфира используется, в том числе, для формирования покрытий на изделиях медицинского назначения, имеет биологическую совместимость. Продукт нетоксичен и используется также для формирования покрытий на изделиях из силиконовых резин, используемых для изготовления контактных линз;
лабораторно-исследовательская установка, предназначенная для плазмохимической обработки изделий. Установка содержит рабочую камеру с системой загрузки и выгрузки изделий, системы вакуумирования и подачи кислорода в камеру, генератор высокочастотного электромагнитного излучения с рабочей частотой - 13,56 МГц и мощностью до 1 кВт, систему управления;
5
2
образцы из кремнийорганических каучуков с молекулярной массой 3·10. Площадь поверхности образцов 5 см. Указанный вид кремнийорганических каучуков используется для изготовления продукции малой ортопедии, например корректоров стопы.
5
5
3
На основе выше указанных материалов, продуктов и оборудования осуществляется технологический процесс по образованию антисептических покрытий на поверхности изделий из кремнийорганических (полидиметилсилоксановых) каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10. Выбранный тип материалов для антисептической обработки наиболее оптимален по своим функциональным особенностям (плотность ориентировочно 1,5-1,6 г/см) для изготовления изделий медицинского назначения, в частности малой ортопедии.
Использование для реализации изобретения заданных технологических операций, режимов, используемых материалов и продуктов обеспечивает получение на обрабатываемых поверхностях изделий антисептического покрытия пролонгированного действия, биологически совместимого с живыми тканями и обладающего эффективными эксплуатационными характеристиками в процессе контактного взаимодействия с ними.
Изменение заданных по изобретению технологических операций, режимов, используемых продуктов и материалов не целесообразно и приведет либо к ухудшению получаемых результатов, либо к увеличению затратной части на осуществление процесса в целом, либо к изменению физико-химических свойств материала обрабатываемого изделия. В частности, при увеличении параметров высокочастотного электромагнитного излучения нарушаются физико-химические свойства материала обрабатываемого изделия, а при уменьшении не обеспечивается эффективная модификация поверхности.
Реализации изобретения поясняется следующими конкретными примерами его выполнения:
Пример 1.
5
На поверхности образцов из кремнийорганических каучуков с молекулярной массой 3·10 формировали антисептическое покрытие. Процесс образования антисептического покрытия осуществляли в два этапа.
2
На первом этапе поверхность образцов модифицировали. С этой целью образцы загружали в камеру лабораторно-исследовательской установки. Камеру вакуумировали до 133 Па. Осуществляли подачу кислорода (О), расход 0,8 л/час. Процесс осуществляли при мощности высокочастотного электромагнитного излучения - 30 Вт и частоте - 13.56 МГц. Обработку образцов в камере производили в течение 2 мин. В результате плазмохимической обработки, при указанных режимах в среде низкотемпературной кислородной плазмы поверхность образца модифицируется, поверхность приобретает гидрофильные свойства.
На втором этапе модифицированную поверхность образцов обрабатывали антисептическим препаратом. Используемый для обработки антисептический препарат образован при смешивании:
+
биоцида на основе нанодисперсного порошка бентонита, интеркалированного ионами серебра (Ag), с размерностью частиц порошка не более 100 нм. Нанодисперсный порошок бентонита получен в соответствии с техническим решением по патенту RU №2330673;
коммерческого продукта EGC-1700, имеющего фторакриловый полимер - 2%, растворитель (перфторизобутилметиловый эфир и перфторбутилметиловый эфир) - остальное.
Используемый для обработки поверхности образцов антисептический препарат содержит: биоцид: продукт EGC-1700, как 1:50 (вес.ч.).
Пример 2.
То же, что по примеру 1, но для образования антисептического покрытия на образцах из кремнийорганического каучука был использован препарат, в котором биоцид содержит смесь нанодисперсных порошков бентонита, интеркалированных ионами серебра и меди при соотношении их, как 1:1 (вес.ч.).
Пример 3 (контрольный).
То же, что по примеру 1, но для образования антисептического покрытия на образцах из кремнийорганических каучуков был использован препарат по изобретению патент RU №2330673, в соответствии с которым препарат содержит:
+
биоцид на основе нанодисперсного порошка бентонита, интеркалированного ионами серебра (Ag), с размерностью частиц порошка не более 100 нм. Нанодисперсный порошок бентонита получен в соответствии с техническим решением по патенту №2330673;
раствор полимерного связующего в виде 0,75% спиртового раствора продукта Пента-1009 (блок-сополимер полидиметилсилоксана и полеуретана) в соответствии с патентом №2330673. Антисептический препарат по примеру 3 содержит: биоцид:раствор полимерного связующего, как 1:100 (вес.ч.).
На указанных образцах (примеры 1-3) осуществляли диагностирование и тестирование их по следующим показателям:
определение энергетических характеристик поверхностей образцов путем их оценки по краевому углу смачивания. Данный метод является наиболее чувствительным методом контроля качества поверхностей и покрытия, образуемого на обрабатываемой поверхности. Краевой угол смачивания определялся по пробной капли жидкости к поверхности исследуемого образца;
биотестирование по антимикробным свойствам. При проведении данного метода тестирования оценивались названные свойства исследуемых образцов при моделировании процесса эксплуатации изделий.
1
2
3
4
5
Краевой угол смачивания (θ, θ, θ, θ, θ и θ) пробной капли жидкости (деионизованная вода) на поверхности исследуемого образца определяли:
5
на поверхности исходного образца из кремнийорганических каучуков (молекулярная масса 3·10) до этапа обработки низкотемпературной кислородной плазмой, величина краевого угла смачивания (θ) - 108°;
1
на поверхности образца (пример 1) после модификации в низкотемпературной плазме, угол смачивания θ - 73°;
2
на поверхности образца (пример 1) после второго этапа обработки, угол смачивания θ - 95°;
3
на поверхности образца (пример 3) после второго этапа обработки, угол смачивания (θ) - 85°;
4
5
на поверхности образцов (соответственно, примеры 1 и 3) после второго этапа обработки через 24 часа выдержки образцов при комнатной температуре, угол смачивания θ (образец по примеру 1) - 92°, угол смачивания θ (образец по примеру 3) - 80°.
Приведенные результаты исследования свидетельствуют:
о целесообразности использования в технологическом процессе образования антисептического покрытия процесса модифицирования поверхности низкотемпературной кислородной плазмой (для повышения их адгезивных свойств);
о целесообразности использования на втором этапе обработки антисептического препарата по изобретению. Использование данного препарата свидетельствует о повышении адгезии получаемого покрытия к поверхности изделия.
Биотестирование исследуемых образцов (примеры 1-3) оценивались по их антимикробным свойствам.
2
Оценку антимикробных свойств осуществляли по стандартной методике с использованием культуры Staphylococcus aureas. Культура была выращена на среде мясо-пептонного агара (МГТА) при температуре 37°С в течение 24 часов. Затем готовили однородную суспензию клеток в деионизованной воде. Приготовленную структуру вносили по 1 мл суспензии в чашки Петри с подсушенной средой МПА и равномерно распределяли по поверхности среды стерильным шпателем для прорастания культуры сплошным газоном. Затем стерильным пинцетом на поверхность агара плотно накладывали кусочки исследуемых образцов (1×1) (см). Кусочки исследуемых образцов размещали на расстоянии 2 см друг от друга и на расстоянии около 2,5 см от центра чашки. Засеянные чашки с образцами термостатировали при 37°С. Антимикробные свойства каждого кусочка исследуемого образца оценивали по образованию зон угнетения (зон ингибирования) роста штамма микроорганизма, которые четко выделялись на фоне сплошного газона роста тестируемой культуры. Оценку антимикробных свойств производили путем моделирования процесса эксплуатации изделий. За основу моделирования был выбран процесс многократной (5-ти разовой) промывки исследуемых образцов водой.
В результате исследований установлено, что рост штамма Staphylococcus aureas при обработке образцов антисептическим составом (примеры 1-2) после пятой промывки на 30% ниже образцов по примеру 3.
Оценка антимикробных свойств по примерам 1 и 2 также показала, что антимикробные свойства антисептического покрытия, полученного по примеру 1, более эффективны относительно аналогичных свойств покрытия, полученного по примеру 2. Это подтверждает известные данные о серебросодержащих препаратах, обладающих широким спектром антимикробной активности. Вместе с тем затратная часть на производство данного продукта значительно повышается, что нецелесообразно.
5
5
Таким образом, проведенные исследования в целом свидетельствуют об эффективности заявляемого по изобретению способа антисептической обработки поверхности изделия из полимерных материалов на основе кремнийорганических каучуков с молекулярной массой 2·10-6·10.