АНТИСЕПТИЧЕСКИЙ СОРБЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПОВЯЗКА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ РАН НА ЕГО ОСНОВЕ
ANTISEPTIC SORPTION MATERIAL, METHOD FOR MAKING IT AND BASED WOUND HEALING DRESSING

Изобретение относится к абсорбирующим нетканым материалам, содержащим дисперсные сорбенты, и может быть использовано в медицине, особенно относится к производству перевязочных средств (медицинских салфеток, повязок и т.п.), предназначенных для закрытия ран.
Известны нижеприведенные ранозаживляющие медицинские материалы, получаемые путем формирования дисперсных сорбентов в микроволокнистой матрице с использованием наноразмерных частиц на основе алюминия, полученных методом электрического взрыва проволоки. В качестве способа превращения таких частиц в дисперсный сорбент используют операцию их гидролиза в присутствии волокон.
В патенте РФ №2397781 «Нетканый материал медицинского назначения, обладающий ранозаживляющей, антибактериальной и противовирусной активностью и перевязочное средство на его основе» заявлено применение по новому медицинскому назначению известного из патента РФ №2317843 фильтрующего материала.
Упомянутый нетканый материал медицинского назначения не содержит антимикробный компонент, что может привести к размножению патогенных микроорганизмов, присутствующих в раневом экссудате, в объеме материала и вторичному инфицированию раны.
В патенте РФ №2394627 предлагается медицинская структура, включающая, наряду с нановолокнами оксида алюминия, вторыми волокнами, смешанными с нановолокнами оксида алюминия, и частицы, распределенные на нановолокнах оксида алюминия. Множество частиц, расположенных на нановолокнах из оксида алюминия, выбирают из группы, состоящей из ионообменной смолы, катализатора, оксида металла. Указанные частицы выбирают из группы, состоящей из мелких частиц, имеющих средний размер между примерно 10-44 мкм, ультрамелких частиц, имеющих средний размер между 0,1-10 мкм, и наноразмерных частиц, имеющих размер, который меньше, чем 0,1 мкм. Указанные частицы оксида металла выбирают из группы, состоящей из коллоидального диоксида кремния, коллоидального оксида алюминия, нанооксида цинка и нанооксида титана.
Предлагаемую структуру медицинского применения получают смешением большого ряда отдельных компонентов с последующим мокрым формованием полученной смеси, причем упомянутое множество частиц предварительно нанесено на указанные нановолокна из оксида алюминия, что значительно усложняет технологический процесс получения структуры медицинского применения.
В патенте РФ №2426557 «Сорбционно-бактерицидный материал, способ его получения, способ фильтрования жидких или газообразных сред, медицинский сорбент» заявлен материал, содержащий нетканый полимерный волокнистый материал с закрепленными на его волокнах высокопористыми частицами гидрата оксида алюминия, при этом неорганический бактерицидный компонент сорбирован на высокопористых частицах гидрата оксида алюминия. Способ получения сорбционно-бактерицидного материала включает обработку материала раствором неорганического бактерицидного компонента и обработку нетканого полимерного волокнистого материала, на волокнах которого закреплены высокопористые частицы гидрата оксида алюминия, в течение времени, не превышающего 24 часов.
Обработка материала раствором неорганического бактерицидного компонента является дополнительной стадией, усложняющей процесс получения сорбционно-бактерицидного материала, обеспечивает только антимикробные свойства и не придает материалу ранозаживляющих, абсорбирующих свойств.
Задачей изобретения является разработка нового антисептического сорбционного материала для производства раневых повязок с дополнительными функциональными свойствами - ранозаживляющими, противовоспалительными, абсорбирующими, антибактериальными при одновременном сохранении поглотительных свойств материала, обеспечивающего возможность поглощения раневого содержимого (экссудата), подавления размножения бактерий внутри повязки и предотвращения вторичного заражения раны.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый антисептический сорбционный материал, обладающий противовоспалительным, ранозаживляющим, абсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием, предназначенный преимущественно для производства повязок для лечения ран, как и известный, представляет собой микроволокнистую матрицу с закрепленным на ее волокнах дисперсным сорбентом.
Новым является то, что в качестве дисперсного сорбента он содержит высокопористые частицы гидрата оксида алюминия и частицы оксида цинка.
Кроме того, в качестве микроволокнистой матрицы выбран полимерный микроволокнистый материал, полученный формованием из раствора или расплава полимера по технологии спанбонд, мелтблаун или элекроформования из ацетата целлюлозы, полисульфона или другого биоинертного полимера, имеющий диаметр волокна 0,1-10 мкм, предпочтительно 1-3 мкм.
А высокопористые частицы гидрата оксида алюминия представляют собой, преимущественно, агломераты, образованные нанопластинами псевдобемита, и частицы оксида цинка, представляющие собой, преимущественно, агломераты гексагональных пластинок оксида цинка.
При этом агломераты высокопористых частиц гидрата оксида алюминия и агломераты частиц оксида цинка равномерно распределены на волокнах и в объеме микроволокнистой матрицы.
3
2
Кроме того, агломераты нанопластин псевдобемита и агломераты гексагональных пластинок оксида цинка имеют развитую мезопористость: размер мезопор составляет 4-10 нм, объем мезопор составляет 0,45-0,65 см/г, и удельную поверхность, лежащую в интервале значений от 200 до 280 м/г.
При этом количество частиц дисперсного сорбента в материале составляет от 15 до 45%.
Кроме того, массовое соотношение высокопористых частиц гидрата оксида алюминия и частиц оксида цинка составляет соответственно от 5:95 до 95:5.
2
При этом удельная поверхность предлагаемого антисептического сорбционного материала лежит в интервале значений от 70 до 100 м/г.
Кроме того, для использования его в качестве материала медицинского назначения упомянутый материал дополнительно содержит, по меньшей мере, один слой атравматичного материала, предназначенного для размещения на раневой поверхности.
Кроме того, упомянутый материал дополнительно содержит, по меньшей мере, один слой защитного материала, расположенного либо на одной, либо на обеих его сторонах.
Еще одним объектом изобретения является повязка для лечения ран, обладающая противовоспалительным, ранозаживляющим, абсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием, содержащая, по меньшей мере, один первый слой упомянутого материала и, по меньшей мере, один второй слой атравматичного материала.
Кроме того, упомянутая повязка дополнительно содержит, по меньшей мере, один слой защитного материала, расположенного либо на одной, либо на обеих ее сторонах.
Кроме того, упомянутая повязка дополнительно содержит элементы фиксации ее к телу человека.
Еще одним объектом изобретения является способ получения антисептического сорбционного материала, в котором осуществляют:
- выбор микроволокнистой матрицы, преимущественно, полученной методом электроформования из ацетата целлюлозы, полисульфона или другого биоинертного полимера, имеющей диаметр волокон в диапазоне от 0,1 до 10 мкм, предпочтительно, от 0,5 мкм до 3,5 мкм;
- модификацию упомянутой микроволокнистой матрицы атмосферной плазмой с целью улучшения ее адгезионных свойств (увеличения шероховатости, смачиваемости);
- пропитывание микроволокнистой матрицы суспензией, содержащей в качестве прекурсора многокомпонентные наноразмерные частицы, включающие фазы алюминия и цинка;
- осуществление термической обработки микроволокнистой матрицы, пропитанной вышеупомянутой суспензией, для формирования дисперсного сорбента на волокнах и в объеме микроволокнистой матрицы.
Предпочтительно, что для модификации микроволокон матрицы используют ее обработку низкотемпературной плазмой атмосферного разряда с убегающими электронами (ADRE-плазмой).
Кроме того, в качестве прекурсора используют многокомпонентные наноразмерные частицы состава, определяемого формулой Al/Zn или Al/AlN/Zn.
2
2
При этом размер упомянутых частиц лежит в пределах от 50 нм до 150 нм, предпочтительно от 80 нм до 120 нм, а удельная поверхность упомянутых частиц составляет от 7 до 22 м/г, предпочтительно от 10 до 18 м/г.
Предпочтительно, что упомянутые наноразмерные частицы получают методом электрического взрыва проволоки.
Кроме того, термическую обработку проводят первоначально при линейном нагреве от 20 до 90°C со скоростью нагрева от 5 до 10 град/мин, а затем при постоянной температуре, лежащей в пределах от 50 до 90°C, предпочтительно от 60 до 80°C, и влажности от 60 до 95%.
При нанесении суспензии наноразмерных частиц на полимерный микроволокнистый материал наноразмерные частицы состава Al/Zn и Al/AlN/Zn и продукты их реакции с водой равномерно распределяются по поверхности полимерных микроволокон и в объеме волокнистого материала.
Кроме того, применение наночастиц состава Al/Zn и Al/AlN/Zn в качестве прекурсора позволяет осуществить получение антисептического сорбционного материала в одну стадию - окисление частиц Al/Zn и/или Al/AlN/Zn в воде без дополнительных обработок антимикробным агентом.
Исследование фазового состава многокомпонентных наночастиц состава Al/AlN/Zn показало наличие ряда фаз, включая фазы индивидуальных металлов Al, Zn и нитрида алюминия (Таблица 1).
Таблица 1
Физико-химические характеристики прекурсоров и продуктов их превращения
№
Прекурсор
Характеристики прекурсора
Характеристики продуктов реакции
C<sub>Al</sub>, % масс
Размер частиц, нм
S<sub>уд</sub>, м<sup>2</sup>/г
Фазовый состав
S<sub>уд</sub>, м<sup>2</sup>/г
Фазовый состав
1
Al/AlN/Zn
50
80
15
Al, Zn, AlN
229
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, AlOOH, ZnO
2
Al/Zn
50
100
12
Al, Zn
233
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, AlOOH, ZnO
3
2
Исследование морфологии продуктов взаимодействия упомянутых наноразмерных порошков с водой показало, что они представляют собой агломераты нанопластин гидрата оксида алюминия с включениями гексагональных пластинок оксида цинка. Продукты гидролиза представляют собой мезопористые сорбенты с размером пор 4-10 нм, объемом пор 0,45-0,65 см/г и удельной поверхностью 200-280 м/г для образцов, полученных гидролизом Al/AlN/Zn и Al/Zn, соответственно (Таблица 1).
Алюминий и нитрид алюминия, входящие в состав многокомпонентных наночастиц, реагируют с водой с образованием на волокнах основы (нетканого микроволокнистого полимерного материала) пористых агломератов нанопластин псевдобемита, способного сорбировать микроорганизмы, биологические молекулы, органические соединения.
Цинк, являющийся компонентом наноразмерных частиц, реагирует с водой с образованием на волокнах основы гексагональных пластинок или агломератов пластин (оксида цинка) и обеспечивает противовоспалительное, ранозаживляющее, абсорбирующее, вяжущее и антисептическое действие перевязочного материала.
Полученный материал может быть использован для производства повязок для лечения поверхностных ран различной этиологии - хирургических, ожоговых, хронических ран (трофические и диабетические язвы, пролежни и др.), в том числе инфицированных.
Изобретение в дальнейшем подтверждается примерами его конкретного выполнения и графическими материалами.
На фиг. 1 и 2 приведены СЭМ-изображения полимерных микроволокон, модифицированных агломератами нанолистов псевдобемита и гексагональных пластинок оксида цинка при разном увеличении.
На фиг. 3 приведены дифрактограммы продуктов превращения Al/AlN/Zn (1) и Al/Zn (2).
На фиг. 4. Приведены кривые антимикробной активности образцов антисептического сорбционного материала, полученных на основе многокомпонентных наночастиц: 1 - Al/AlN/Zn, 2 - Al/Zn и по прототипу: 3 - Al/AlN (Ag).
Примеры осуществления способа.
Предварительно образцы выбранного микроволокнистого полимерного материала размером 50×50 см и толщиной 1 мм, выполненные из ацетата целлюлозы полисульфона и полипропилена (диаметр ацетатцеллюлозных и полисульфоновых волокон 1,5-3 мкм, полипропиленовых - 8-10 мкм), были модифицированы с целью повышения их адгезионных свойств, определяемых шероховатостью и смачиваемостью. С этой целью образцы помещали между электродами лабораторной установки для атмосферно-плазменной активации и модификации поверхности материалов. Обработку проводили в режиме непрерывной генерации импульсов, при амплитуде выходного напряжения 56 кВ, длительности фронта импульса 10 нс, длительности импульса на полувысоте 40 нс. Обработку проводили в течение 2-10 мин. После обработки полимерного материала атмосферной плазмой краевой угол смачивания изменяется: для полимерного материала из ацетата целлюлозы с 65 до 50 градусов, для полисульфона - с 79 до 51 градуса, для полипропилена - с 92 до 52 градусов.
Пример 1.
Методика получения антисептического сорбционного материала с использованием в качестве прекурсора наноразмерных частиц состава Al/AlN/Zn.
2
2
Образец микроволокнистого полимерного материала из ацетата целлюлозы, предварительно модифицированного атмосферной плазмой, пропитывали 1% водной суспензией нанопорошка Al/AlN/Zn, из расчета 0,9 л суспензии на 1 м волокнистой основы, затем проводили термическую обработку - реакцию с водой при линейном нагреве от 20 до 60°C при скорости нагрева 5 град/мин. При достижении заданной температуры 60°C образец термостатировали в изотермических условиях в течение 20 мин. Затем образцы сушили при 105°C в течение 4 часов. Удельная поверхность антисептического сорбционного материала составила 89 м/г. Перед проведением микробиологических исследований проводили паровую стерилизацию образцов антисептического сорбционного материала при 121°C в течение 20 мин (образец 1, таблица 2).
Пример 2
Методика получения антисептического сорбционного материала из Al/Zn.
2
Образцы микроволокнистого полимерного материала из полисульфона размером 50×50 см, модифицированного атмосферной плазмой, пропитывали 1% водной суспензией нанопорошков Al/Zn (образец 2, таблица 1), из расчета 0,9 л суспензии на 1 м волокнистой основы, затем проводили реакцию с водой при линейном нагреве от 20 до 80°C при скорости нагрева 10 град/мин. При достижении заданной температуры 80°C образец термостатировали в течение 40 мин. Затем образцы сушили при 105°C в течение 4 часов. Удельная поверхность антисептического сорбционного материала составила 91 м/г. Перед проведением микробиологических исследований проводили паровую стерилизацию образцов антисептического сорбционного материала при 121°C в течение 20 мин (Образец №2 таблица 2).
Пример 3.
Методика получения антисептического сорбционного материала с использованием в качестве прекурсора наноразмерных частиц состава Al/AlN/Zn.
2
2
Образец микроволокнистого полимерного материала из полипропилена, предварительно модифицированного атмосферной плазмой, пропитывали 1% водной суспензией нанопорошка Al/AlN/Zn, из расчета 0,9 л суспензии на 1 м волокнистой основы, затем проводили термическую обработку - реакцию с водой при линейном нагреве от 20 до 60°C при скорости нагрева 5 град/мин. При достижении заданной температуры 60°C образец термостатировали в изотермических условиях в течение 20 мин. Затем образец сушили при 105°C в течение 4 часов. Удельная поверхность антисептического сорбционного материала составила 86 м/г. Перед проведением микробиологических исследований проводили паровую стерилизацию образцов антисептического сорбционного материала при 121°C в течение 20 мин (образец 3, таблица 2).
Пример 4.
Изучение сорбционных характеристик по отношению к микроорганизмам различной морфологии и токсического действия оксигидроксидов металлов, полученных при гидролизе многокомпонентных наночастиц.
5
Метод определения антимикробного действия сорбента предлагаемого материала. Количественную оценку антимикробного действия образцов антисептического сорбционного материала проводили на культуре E.coli 7935 in vitro. Для этого на образцы антисептического сорбционного материала, полученного по примеру 1, где в качестве прекурсора использовали нанопорошок Al/AlN/Zn (образец 1) или Al/Zn (образец 2) диаметром 47 мм, наносили 1 мл культуры микроорганизма E.coli 7935 концентрацией 1,0×10 КОЕ/мл до полного поглощения суспензии. Образцы инкубировали при температуре (37±1)°C в течение 24 ч. Затем бактерии с перевязочного материала элюировали встряхиванием во флаконах со 100 мл физиологического раствора (с рН, равным 7,2) и высевали 1 мл суспензии на питательный агар (Эндо ГРМ) в чашки Петри. Посевы инкубировали при температуре (37±1)°C в течение суток, подсчитывали число выросших колоний и рассчитывали процент убыли микроорганизмов в контаминированном образце. В качестве контроля использовали взвесь микроорганизмов в физиологическом растворе.
В Таблице 2 и на фиг. 3 приведена сравнительная оценка антимикробной активности образцов антисептического сорбционного материала, для получения которого в качестве прекурсора использовали многокомпонентные наночастицы: 1 - Al/AlN/Zn, 2 - Al/Zn, 3 - Al/AlN (Ag) (по прототипу).