ПОЛИСАХАРИДНЫЕ ВОЛОКНА ДЛЯ РАНЕВЫХ ПОВЯЗОК
POLYSACCHARIDE FIBERS FOR WOUND DRESSINGS

Настоящее изобретение относится к полисахаридным волокнам, содержащим полисахаридный полимер, полученный из оболочек семян подорожника, и соль серебра. Волокно согласно настоящему изобретению является особенно пригодным для биомедицинских применений, таких как лечение ран.
Растущий спрос на специальные волокна, изготовленные из природных полимеров, определяют их уникальные свойства и расширяющиеся области их применения. Полисахариды представляют собой биологически производимые материалы, которые имеют уникальное сочетание функциональных свойств и благоприятных для окружающей среды отличительных особенностей. Полисахариды представляют собой полимеры, имеющие длинные структуры, подобные цепям. Они обеспечивают хорошие механические свойства при введении в волокна, пленки, связующие вещества, загустители, гидрогели, доставляющие лекарственные средства вещества, эмульгаторы и т. д. Они представляют собой природные материалы, производимые из других биологических соединений, и, как правило, они являются нетоксичными и биоразлагаемыми. Такие отличительные особенности делают данные полисахаридные материалы естественно пригодными для устойчивого развития. Эти полисахариды также рассматриваются как перспективные материалы для применения в медицине вследствие своей биосовместимости, нетоксичности, а также простоты использования и пригодности для простоты переработки в продукты, имеющие многочисленные различные формы.
Оболочки семян подорожника, в частности Plantago ovata (подорожник яйцевидный или индийский), содержат натуральный полисахарид, который используется в многочисленных растительных лекарственных препаратах. Он представляет собой белый волокнистый материал, частично растворимый и гидрофильный по своей природе, который имеет свойства слабительного, увеличивающего объем кишечного содержимого, вследствие своей способности набухания в 20 раз при вступлении в контакт с водой, и также образует гелеобразную массу. Эта гелеобразная масса растворяется в разбавленном щелочном растворе и вновь превращается в гель при подкислении.
Оболочки семян подорожника широко используются в пищевой и медицинской промышленности, в частности благодаря своему свойству снижения уровня холестерина и содействия регулярной функции пищеварительного тракта. Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (FDA) также признает свойства оболочек семян подорожника в качестве одного из видов важных пищевых волокон, которые способны влиять на уровень липидов крови и снижать риск коронарной болезни сердца.
Альгинат представляет собой еще один натуральный полисахарид, который производится в промышленном масштабе из морских водорослей. В течение двух последних десятилетий альгинатные волокна стали широко применяться в области лечения ран, где их ионообменные и гелеобразующие способности оказываются особенно полезными в лечении экссудирующих ран. Альгинат представляет собой биосовместимый и биоразлагаемый материал, который не является токсичным для организма человека. Благодаря своим ионным заместителям альгинат обладает весьма уникальными и полезными свойствами. В частности, альгинат натрия является водорастворимым, в то время как соответствующая кальциевая соль не растворяется в воде, хотя и набухает в высокой степени. Взаимное превращение двух солевых форм является обратимым и происходит в любом ионообменном процессе. Водные растворы альгината натрия можно смешивать с другими материалами. Этот материал, в том числе во влажной форме или после высушивания, является очень полезным, и его можно использовать в различных биологически регулируемых процессах для определенной цели. Альгинатные волокна обычно изготавливают, осуществляя экструзию раствора альгинат натрия в ванну с раствором хлорида кальция и получая волокна альгината кальция.
Волокно альгината кальция также представляет собой пористый материал, и его можно также использовать в качестве доставляющего лекарственное средство вещества. Альгинат кальция можно использовать для иммобилизации и защиты активного ингредиента в целях хранения и высвобождения в определенных условиях. Аналогичным образом альгинат кальция может содержать компонент в нерастворимой форме в процессе его использования. Он может растворяться и высвобождаться, когда больше не требуется его содержание в нерастворимой форме. Вследствие своей полимерной природы альгинат представляет собой превосходное доставляющее вещество, имея такие свойства ценного материала, как механическая прочность и адгезия.
Как альгинат, так и полисахарид из оболочек семян подорожника являются гидрофильными по своей природе и имеют присущие им свойства поглощения воды, которыми особенно отличается полисахарид из оболочек семян подорожника, который является весьма перспективным в данном отношении, поглощая более чем 50% воды по отношению к собственной массе. Существует множество сообщений о том, что полисахарид из оболочек семян подорожника имеет свойства заживления ран помимо поглощения воды и снижения уровня холестерина, и эти свойства превращают полисахарид из оболочек семян подорожника в потенциально конкурентоспособный промышленный продукт. Одно из основных преимуществ, которыми обладает полисахарид из оболочек семян подорожника по сравнению с имеющимися в продаже поглощающими воду материалами, заключается в том, что соответствующий исходный материал имеет низкую стоимость и высокую доступность. Настоящее изобретение основано на обнаружении того, что двухкомпонентное волокно, содержащее альгинат и полисахарид из оболочек семян подорожника, обладает хорошей обрабатываемостью для получения текстильного материала и имеет однородный состав по всей длине изготавливаемых волокон, причем его можно получать с меньшими затратами, чем другие имеющиеся в продаже продукты.
Свойство растворимости гелевой фракции полисахарида из оболочек семян подорожника в разбавленном щелочном растворе и повторное образование геля при подкислении показало свою пригодность для использования с другими волокнами, состоящими из полисахаридов, в частности с альгинатом.
Таким образом, согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к полисахаридному волокну, содержащему в качестве компонентов единого волокна альгинат и полимеры оболочек семян подорожника.
Предпочтительно альгинат и полимеры оболочек семян подорожника соединены друг с другом. Таким образом, волокно можно изготавливать путем экструзии или прядения смеси альгината и полимеров оболочек семян подорожника.
Волокно может представлять собой двухкомпонентное волокно, которое содержит только полимеры из оболочек семян подорожника и альгинат в качестве структурных компонентов. В качестве альтернативы в нем могут содержаться и другие структурные компоненты.
Волокна согласно настоящему изобретению можно использовать для биомедицинских применений, в частности для лечения ран, причем они могут иметь улучшенные свойства при растяжении и превосходную способность поглощения жидкости по сравнению с чистыми альгинатными волокнами.
Предпочтительно волокно также содержит противомикробное вещество или вещества, в частности соединения серебра. Таким образом, согласно второму аспекту настоящего изобретения, который может также включать некоторые или все отличительные особенности первого аспекта, предлагается противомикробное волокно, содержащее альгинат, полисахарид из оболочек семян подорожника и соединение серебра. Таким образом, можно получить действительно противомикробное двухкомпонентное волокно, имеющее превосходные абсорбционные свойства.
В качестве соединений серебра предпочтительно используют растворимые в воде соединения, например нитрат серебра, и частично растворимые органические соединения серебра, например карбонат серебра.
Наиболее предпочтительно в качестве альгината использовать растворимый в воде альгинат, в частности альгинат натрия, причем волокно изготавливают путем экструзии в ванну с коагулирующим раствором, который превращает альгинат в нерастворимую соль; в частности, используется ванна с раствором хлорида кальция.
Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к способу получения полисахаридного волокна, включающему прядение или экструзию водной смеси растворимых полимеров оболочки семян подорожника и альгината в ванну, содержащую вещество, которое коагулирует водную смесь, образуя волокно.
Процедура согласно настоящему изобретению может включать стадии экструзии раствора, содержащего альгинат натрия, полисахарид оболочек семян подорожника и соединения серебра (нитрат серебра и карбонат серебра), непосредственно в коагуляционную ванну с раствором, содержащим от 1 до 2% хлорида кальция. Получаемое таким способом двухкомпонентное волокно можно промывать путем пропускания через ванну с водой, а затем через ряд ванн, содержащих водный раствор ацетона, для осуществления замены воды на растворитель в объеме волокон. Цель этой стадии заключается в том, чтобы упростить высушивание волокон с использованием горячего воздуха, после которого волокна можно сматывать и подвергать дальнейшей обработке, чтобы изготавливать нетканые войлочные материалы или жгуты или другие изделия, обычно используемые для лечения ран.
Первая стадия процесса получения волокон заключается в достижении регулируемой степени очистки полисахаридного геля из оболочек семян подорожника. Под действием нагревания осуществляется одновременная деполимеризация и солюбилизация в регулируемой степени.
Невозможно экструдировать волокна, содержащие альгинат/полисахарид из оболочек семян подорожника в неочищенной форме вследствие примесей в полисахариде из оболочек семян подорожника и нерастворимого содержимого исходных оболочек семян подорожника. Таким образом, сначала можно использовать экстракцию полисахаридного геля из оболочек семян подорожника холодной водой, гидролиз основанием, таким как гидроксид натрия, и нагревание, чтобы полностью растворить полисахарид оболочек семян подорожника для совместной экструзии с альгинатом.
Хотя могут быть использованы различные виды имеющегося альгината натрия, предпочтительный альгинат натрия, используемый для изготовления двухкомпонентных волокон согласно настоящему изобретению, представляет собой Protanal LF 10/60, поставляемый компанией Pronova (Норвегия) и имеющий высокое соотношение маннуроновой кислоты (25-35%) и гулуроновой кислоты (65-75%), или можно использовать растворы различной концентрации, составляющей, как правило, от 1 до 6 масс./об.%, предпочтительнее от 2 до 5 масс./об.%, наиболее предпочтительно от 3 до 4 масс./об.%.
3
Растворы, содержащие альгинат натрия и полимер из оболочек семян подорожника, как правило, выпускают под давлением, составляющим приблизительно 2,2 бар (220 кПа), через многоканальный мундштук, имеющий ряд отверстий определенного диаметра, например от 40 до 200 отверстий, средний диаметр которых составляет 50 мкм, в коагуляционную ванну с раствором, содержащим от 1 до 2% хлорида кальция. Раствор, содержащий альгинат и полимер из оболочек семян подорожника, вводят в ванну с раствором, содержащим от 1 до 2% хлорида кальция, при скорости, составляющей приблизительно 5 см/мин, и растягивают волокна до 100%, используя приемные валки, после чего волокна промывают в обычной воде и высушивают посредством пропускания их через ванны, содержащие смеси ацетона и воды с возрастающими концентрациями ацетона в каждой последующей ванне, т. е. первая ванна содержит 50% ацетона, вторая ванна содержит 70% ацетона, и заключительная ванна содержит чистый ацетон. Это обеспечивает высушивание волокон с использованием горячего воздуха (60-80°C) перед их наматыванием на катушку.
Обнаружено, что свойства волокон, полученных этим способом, отличаются улучшенными абсорбционными характеристиками по сравнению с альгинатом кальция, причем эти волокна оказываются более прочными в отношении усилия разрыва по сравнению с альгинатом кальция. Прочность на разрыв волокон, содержащих альгинат/полисахарид из оболочек семян подорожника и изготовленных способом согласно настоящему изобретению, составляет от 2,8 до 11,5 сН/текс, в то время как типичные значения для волокон из альгината кальция составляют от 2 до 10 сН/текс.
Абсорбция двухкомпонентных волокон, содержащих альгинат/полимер из оболочек семян подорожника и изготовленных способом согласно настоящему изобретению, составляет от 16 до 25 г/г для воды и от 25 до 35 г/г для физиологического раствора. Диаметр волокон также значительно увеличивается при воздействии воды или физиологического раствора. Соответствующие значения абсорбции волокон альгината кальция составляют от 6 до 10 г/г для воды и от 9 до 12 г/г для физиологического раствора.
Полученные волокна имеют отличительные морфологические характеристики, т. е. мягкую поверхность с почти идеальной однородностью, которые напоминают поверхностные характеристики шелковых волокон. Эти характерные особенности заметно отличаются от характерных особенностей волокон из чистого альгината.
Кроме того, эти свойства можно также регулировать посредством введения других добавок для повышения эффективности и соответствия функциональным требованиям. Примеры добавок, которые можно вводить в волокна согласно настоящему изобретению, в том числе в процессе изготовления волокон или в качестве последующей обработки, представляют собой противомикробные средства, такие как ионы серебра, хлоргексидин или любой антибиотик, известные средства, которые влияют на заживление ран, такие как ионы цинка, Aloe vera (алоэ настоящее) или соли гиалуроновой кислоты и ароматизирующие вещества, такие как лаванда или розмариновое масло.
Далее настоящее изобретение будет описано посредством следующих неограничительных примеров.
Пример 1. От 3 до 6 г оболочек семян подорожника замачивали в 1 л деионизированной воды в течение 2 часов. Воду с замоченными оболочками семян подорожника нагревали при температуре кипения в течение от 40 до 60 минут. Раствор перемешивали и фильтровали, чтобы отделить нерастворимые частицы. Добавляли от 4 до 4,5% альгината натрия, и перемешивание продолжали в течение еще 4 часов. Данный раствор затем экструдировали в раствор 1-2% хлорида кальция. Экструдированные волокна вытягивали, промывали холодной водой и пропускали через смеси ацетона и воды с концентрациями ацетона, возрастающими от 50 до 100%, перед высушиванием горячим воздухом. Свойства волокон во время испытания представляли собой прочность на разрыв от 3,3 до 6,0 сН/текс, удлинение при разрыве от 5,3 до 12,4%, поглощение воды от 18 до 25 г/г и поглощение физиологического раствора от 20 до 30 г/г.
Пример 2. От 10 до 15 г оболочек семян подорожника замачивали в 1 л деионизированной воды, содержащей от 0,1% до 0,5% NaOH, в течение 2 часов. Воду с замоченными оболочками семян подорожника нагревали при низкой температуре от 50 до 60°C в течение от 20 до 30 минут. Раствор перемешивали и фильтровали, чтобы отделить нерастворимые частицы. Добавляли от 4 до 4,5% альгината натрия, и перемешивание продолжали в течение еще 4 часов. Данный раствор затем экструдировали в раствор 1-2% хлорида кальция. Экструдированные волокна вытягивали, промывали холодной водой и пропускали через смеси ацетона и воды с концентрациями ацетона, возрастающими от 50 до 100%, перед высушиванием горячим воздухом. Измеренные свойства волокон были более или менее подобными свойствам волокон в примере 1.
Пример 3. От 5 до 15 г оболочек семян подорожника замачивали в 1 л деионизированной воды в течение от 1 до 2 часов. Воду с замоченными оболочками семян подорожника перемешивали в течение одного часа и фильтровали, чтобы отделить нерастворимые частицы. Добавляли от 4 до 4,5% альгината натрия, и перемешивание продолжали в течение еще 4 часов. Данный раствор затем экструдировали в раствор, содержащий от 1 до 2% хлорида кальция. Экструдированные волокна вытягивали, промывали холодной водой и пропускали через смеси ацетона и воды с концентрациями ацетона, возрастающими от 50 до 100%, перед высушиванием горячим воздухом. Свойства волокон во время испытания представляли собой прочность на разрыв от 5,5 до 11,0 сН/текс, удлинение при разрыве от 7,1 до 11,4%, поглощение воды от 18 до 25 г/г и поглощение физиологического раствора от 20 до 33 г/г.
Пример 4. От 3 до 6 г оболочек семян подорожника замачивали в 1 л деионизированной воды в течение 2 часов. Растворяли от 0,12 до 0,60 г нитрата серебра в 200 мл и отдельно кипятили в течение от 20 до 30 минут. В кипящий раствор нитрата серебра добавляли замоченные оболочки семян подорожника, и нагревание при перемешивании продолжали в течение следующих 30 минут. Раствор перемешивали и фильтровали, чтобы отделить нерастворимые частицы. Добавляли от 3 до 4% альгината натрия, и перемешивание продолжали в течение еще 4 часов. Затем данный раствор экструдировали в раствор, содержащий от 1 до 2% хлорида кальция. Экструдированные волокна вытягивали, промывали холодной водой и пропускали через смеси ацетона и воды с концентрациями ацетона, возрастающими от 50 до 100%, перед высушиванием горячим воздухом. Измеренные свойства волокон были более или менее подобными свойствами волокон в примере 1.
Пример 5. От 5 до 15 г оболочек семян подорожника замачивали в 1 л деионизированной воды в течение от 1 до 2 часов. Воду с замоченными оболочками семян подорожника перемешивали в течение одного часа и фильтровали нерастворимые частицы. Добавляли от 0,12 до 1,00 г карбоната серебра, и перемешивание продолжали в течение еще одного часа. Добавляли от 4,0 до 4,5% альгината натрия, и перемешивание продолжали в течение еще 4 часов. Данный раствор затем экструдировали в раствор, содержащий от 1 до 2% хлорида кальция. Экструдированные волокна вытягивали, промывали холодной водой и пропускали через смеси ацетона и воды с концентрациями ацетона, возрастающими от 50 до 100%, перед высушиванием горячим воздухом. Свойства волокон во время испытания представляли собой прочность на разрыв от 4,19 до 12,0 сН/текс, удлинение при разрыве от 7,1 до 10,4%, поглощение воды от 18 до 25 г/г и поглощение физиологического раствора от 20 до 28 г/г.
Подробное описание представленных выше примеров не предназначено для ограничения настоящего изобретения.