CZ307059B6

CZ307059B6 - Způsob vytvoření nanovlákenné vrstvy a textilní kompozit obsahující nanovlákennou vrstvu vytvořenou tímto způsobem

Info

Publication number: CZ307059B6
Application number: CZ2016-688A
Authority: CZ
Inventors: Marcela Munzarová; Jan Malý; David Poustka; Lucie Hocelíková
Original assignee: Nano Medical s.r.o.; Univerzita Jana Evangelisty Purkyně V Ústí Nad Labem
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-12-20
Also published as: CZ2016688A3; EP3534973B1; WO2018082721A1; EP3534973A1

Description

Způsob vytvoření nanovlákenné vrstvy a textilní kompozit obsahující nanovlákennou vrstvu vytvořenou tímto způsobem

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vytvoření nanovlákenné vrstvy na bázi chitosanu v roztoku s polyetylenoxidem (PEO) určené pro textilní kompozit ke krytí rány, jakož i primárního krytu rány obsahujícího nanovlákennou vrstvu, materiálového složení nanovlákenné vrstvy a spojení nanovlákenné vrstvy s absorpčním nebo mechanickým nosičem.

Dosavadní stav techniky

V současné době se odborníci zabývají výrobou nanovláken z biokompatibilních materiálů, které svými vlastnostmi napodobují skutečné tkáně a organismus je schopen je ve větší či menší míře vstřebat. Jsou známy různé způsoby využití nanovlákenné vrstvy a její sycení různými léčebnými prostředky a stejně tak i různé způsoby propojení této vrstvy s nosičem.

Spis TW 200740472 popisuje způsob výroby textilie ke krytí rány obsahující nanovlákennou vrstvu vytvořenou elektrostatickým zvlákňováním. Kyselý zvlákňovací roztok obsahuje kolagen, chitosan a polyetylenoxid (PEO). Spis neuvádí kroky, které by vedly ke stabilizaci nanovlákenné vrstvy v humidním prostředí.

Rovněž KR 20150125881 popisuje postup zhotovení netkané textilie z nanovláken. Zvlákňovací roztok obsahuje vodorozpustný chitosan a PEO. Součástí postupu nejsou kroky, které by vedly ke strukturální stabilizaci nanovlákenné vrstvy.

US 20130150763 se týká textilie ke krytí ran složené ze tří nanovlákenných vrstev. První, vnější hydrofobní vrstva tvořená nanovlákny biokompatibilních polymerů má podpůrnou funkci. Druhá, střední, hydrofilní vrstva, zesítěná (crosslinked) genipinem slouží jako rezervoár biologicky účinných látek a je v jednom provedení vytvořena z roztoku chitosanu a PEO. Genipin se přidává do zvlákňovacího roztoku v poměru k chitosanu 0,5 až 10 % hmotn. Zesítění chitosanových nanovláken genipinem brzdí počáteční uvolňování bylinných extraktů a prodlužuje dobu uvolňování. Třetí, hydrofilní vrstva tvořená nezesítěným chitosanem zajišťuje kontakt krytu s ránou. Do těchto vrstev jsou v příkladných provedeních přidávána různá aditiva, která ovlivňují rychlost uvolňování bylinného extraktu.

Nevýhodu tohoto řešení jsou náklady spojené s použitím genipinu jako prostředku zesíťování.

Vynález si klade za úkol navrhnout způsob vytvoření stabilizované nanovlákenné vrstvy na bázi chitosanu bez použití nákladných chemických crosslinkerů, která navíc umožňuje zesítění kdykoli po výrobě nanovlákenné vrstvy podle potřeby.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší způsob vytvoření nanovlákenné vrstvy na bázi chitosanu v roztoku s polyetylenoxidem (PEO) určené pro textilní kompozit ke krytí rány. Jeho podstata spočívá v tom, že monomer chitosanu se ve vodném prostředí smíchá s činidlem obsahujícím metakrylátovou skupinu, směs se, poté co proběhne chemická reakce, podrobí filtraci a promytí H₂O, suší se bez přístupu světla a výsledný produkt, kterým je rozpustný modifikovaný chitosan v pevné fázi, se rozdrtí na prášek, načež se připraví zvlákňovací směs tak, že se rozpustí modifikovaný chitosan a polyetylén oxid (PEO) ve vodnému roztoku kyseliny octové a takto připravený zvlákňovací roz

- 1 CZ 307059 B6 tok se aplikuje na vhodně zvolený substrát, načež se provede zesítění (crosslink) materiálu nanovlákenné vrstvy.

Ve výhodném provedení způsobu se monomer chitosanu s -NH₂ skupinou při 80% deacetylaci rozpuštěný ve vodném prostředí v poměru 5 g chitosanu na 10 ml vody smíchá s glycidylmetakrylátem (GMET) v poměru 2 mol chitosanu na 1 mol GMET a míchá se 24 h, směs se podrobí filtraci a promytí H₂O, suší se bez přístupu světla po dobu dvou dnů a výsledný produkt, kterým je v kyselém vodném prostředí rozpustný modifikovaný chitosan v pevné fázi se rozdrtí na prášek, načež se připraví zvlákňovací směs tak, že se rozpustí modifikovaný chitosan a PEO ve vodnému roztoku kyseliny octové v objemovém poměru vody ke kyselině octové 2 : 1 tak, že chitosan tvoří 2 až 10 % hmotn. roztoku a PEO tvoří 0,1 až 0,3 % hmotn. roztoku, takto připravený zvlákňovací roztok se aplikuje na vhodně zvolený substrát, načež se provede zesítění materiálu nanovlákenné vrstvy.

V jiném provedení vynálezu se do roztoku modifikovaného chitosanu a PEO přidá želatina v takovém množství, že chitosan tvoří 4 až 9 % hmotn. roztoku, PEO 0,1 až 0,3 % hmotn. roztoku a želatina 0,5 až 5,0 % hmotn. roztoku, přičemž zasíťování se provede vystavením nanovlákenné vrstvy UV zářen.

Zesítění se může provést podrobením nanovlákenné vrstvy UV záření nebo vystavením nanovlákenné vrstvy teplotě 130 °C po dobu asi 10 min.

Do zvlákňovací směsi se může přidat zesíťovací činidlo tetramethylenglykoldimetylakrylát (TEGMA).

Nanovlákenná vrstva se procesem laminace spojí s další vrstvou textilního kompozitu za použití adheziva nebo bezadhezivní technologií.

Substrát použitý při výrobě nanovláken se může sejmout v průběhu procesu laminace, anebo před aplikací kompozitu.

Nanovlákenná vrstva se opatří ochranným obalem, který se sejme před aplikací krytu rány.

Nanovlákenná vrstva se standardně napojí bioaktivními aditivy typu antimikrobiální látky, analgeticky působící látky, antibiotika, chemoterapeutika nebo enzymy.

Výše popsaným způsobem je zhotoven textilní kompozit pro krytí rány sestávající z nejméně jedné vrstvy obsahující alespoň jednu nanovlákennou vrstvu, přičemž nanovlákenná vrstva je připravena z chitosanu chemicky modifikovaného metakrylátovými skupinami, jehož strukturální stabilita je zajištěna UV zesítěním po výrobě nanovlákenné vrstvy.

Nanovlákenná vrstva může být s výhodou vyrobena z roztoku chitosanu od 2 % hmotn. do 10 % hmotn. a PEO od 0,1 hmotn. % do 0,3 % hmotn., přičemž do 100 % hmotn. roztoku je doplněn o kyselinu octovou a vodu v poměru 2:1.

Nanovlákenná vrstva může být též vyrobena z roztoku chitosanu od 4 % hmotn. do 9 % hmotn. PEO od 0,1 hmotn. % do 0,3 % hmotn. a želatiny od 0,5 % hmotn. do 5 % hmotn., přičemž do 100 % hmotn. roztoku je doplněn o kyselinu octovou a vodu v poměru 2:1.

Předmětem vynálezu je tedy příprava nanovlákenné vrstvy z chitosanu nebo směsi chitosan/želatina. Použitý chitosan (surovina) je před přípravou zvlákňovacího roztoku chemicky modifikovaný metakrylátovými skupinami. Modifikace chitosanu umožňuje po výrobě nanovlákenné struktury využít UV fotostabilizaci k zajištění stability struktury ve vodném prostředí. Nanovlákenná struktura vyrobená z modifikovaného chitosanu a následně stabilizovaná UV zářením je využitá pro výrobu krytu rány.

-2CZ 307059 B6

Metoda výroby krytu rány spočívá ve spojení nanovlákenné struktury s textilním nosičem pomocí technologie laminace bez /nebo s využitím adheziv.

Příprava nanovlákenných vrstev:

Nanovlákenná vrstva směsi polymerů se připravuje z roztoku chitosanu, PEO a případně želatiny, rozpuštěných v kyselině octové a vodě. Výhoda použití této směsi spočívá v kombinaci pozitivních vlastností polymerů v souvislosti s hojením rány. Chitosan i želatina jsou biodegradabilní v řádech jednotek dnů. Při jejich použití pro hojení rány dochází k jejich částečnému rozkladu.

Nanovlákenná vrstva vyrobená z chitosanu nebo ze směsi chitosan/želatina je nestabilní ve vodném prostředí. Pro její stabilizaci je nutné provést tepelné nebo chemické síťování chitosanu.

Tepelná stabilizace probíhá při teplotě cca 130 °C po dobu asi 10 minut. Tepelné síťování chitosanu zajistí i stabilizaci želatiny po dobu nezbytně nutnou cca 24 hodin pro nastartování procesu granulace a reepitelizace tkáně.

Chemické síťování probíhá metodou chemické modifikace polymeru chitosanu metakrylátovými skupinami a následně je aplikováno UV zářením iniciované zesítění po výrobě nanovláken.

Syntéza modifikovaného chitosanu probíhá v neutrálním pH, modifikovaný polymer je dobře rozpustný ve zvlákňovacím roztoku (60% kyselina octová) a je možné z něho produkovat nanovlákna.

Tab. 1:

Navážka chitosanu (g/100ml)/molární koncentrace monomeru s -NH2 skupinou při 80% deacetylaci	Objem Gmetdo 100ml db^O/výsledná koncentrace	Teoretický molární poměr chitosan monomer/Gmet	Experimentálně Stanovený stupeň modifikace NH₂skupin
5 g (164 mM/monomer)	1,084 ml (82 mM)	2/1	18%

K. tab. 1: Příklad postupu modifikace chitosanu (KitoZyme) glycidylmetakrylátem při neutrálním pH. Molámí koncentrace monomeru chitosanu s aminoskupinou je odvozena od 80% zastoupení chitosanu v produktu a 80% úrovně deacetylace chitosanu.

Postup modifikace chitosanu v neutrálním pH je zřejmý z obr. 1.

Základem světlem aktivovaného zesítění je vznik chemických reaktivních skupin, tzv. radikálů fotoiniciátoru absorpcí záření v UV oblasti, následné štěpení dvojných vazeb metylmetakrylátových skupin chitosanu/kroslinkeru TEGMA za vzniku nových radikálů. Jejich opakovaná reakce s dalšími metylmetakrylátovými skupinami ve svém důsledku vede ke kovalentnímu zesítění chitosanu a kroslinkeru TEGMA (popř. pouze chitosanu, pokud TEGMA není součástí zvlákňovací směsi). Tento mechanismus kroslinkování je detailně popsán v literatuře, zabývající se problematikou vývoje biokompatibilních hydrogelů, jako je např. hydrogel na základě metylmetakrylátem modifikovaného alginátu. Z hlediska reakčního mechanismu je obdobný mechanismu, který předpokládáme u modifikovaného chitosanu.

Na obr. 2 je znázorněn možný mechanismus světlem aktivovaného zesítění metakrylátem modifikovaného chitosanu: (A) metakrylátovými skupinami modifikovaný chitosan; (B) mechanismus vzniku reaktivních radikálů ozářením UV v přítomnosti fotoiniciátoru; (C) vznik kovalentních vazeb a zesítění chitosanu; (D) přepokládaná struktura výsledného nanovlákna.

Kombinace polymerů vytváří vlákna, která mají schopnost absorbovat tekutiny a tím dochází k jejich gelovatění - vytváří vlhké prostředí vhodné pro hojení rány, vytváří vhodné pH v ráně (hodnota pH materiálu je 7,4).

Struktura nanovlákenné vrstvy napodobuje strukturu extracelulární matrix tkáně, poskytuje tedy buňkám dobré podmínky pro granulaci (probíhá od kraje rány směrem ke středu rány) a následnou reepitalizaci kožními buňkami (fibroblasty). Stabilita nanomateriálu ve vlhkém prostředí je 24 až 48 hodin. Po 72 hodinách je možné detekovat zbytky biodegradabilního materiálu na místě aplikace.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje schéma postupu modifikace chitosanu v neutrálním pH a obr. 2 znázorňuje mechanismus světlem aktivovaného zesítění metakrylátem modifikovaného chitosanu: (A) metakrylátovými skupinami modifikovaný chitosan; (B) mechanismus vzniku reaktivních radikálů ozářením UV v přítomnosti fotoiniciátoru; (C) vznik kovalentních vazeb a zesítění chitosanu; (D) přepokládaná struktura výsledného nanovlákna.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Struktura laminátu: krycí vrstva (substrát) netkaná textilie spunbond 20 až 30 g/m²/nanovlákenná vrstva se připravuje z chitosanu chemicky modifikovaného metakrylátovými skupinami, jehož strukturální stabilita je zajištěna UV kroslinkováním po výrobě nanovlákenné vrstvy.

Příklad 2

Struktura laminátu: krycí vrstva (substrát) netkaná textilie spunbond 20 až 30 g/m²/nanovlákenná vrstva je vyrobena z roztoku chitosanu od 2 % hmotn. do 10 % hmotn. a PEO od 0,1 hmotn. do 0,3 % hmotn., přičemž do 100 % hmotn. roztoku je doplněn o kyselinu octovou a vodu v poměru 2:1.

Příklad 3

Struktura laminátu: krycí vrstva (substrát) netkaná textilie spunbond 20 až 30 g/m²/nanovlákenná vrstva je vyrobena z roztoku chitosanu od 4 % hmotn. do 9 % hmotn., PEO od 0,1 hmotn. do 0,3 % hmotn. a želatiny od 0,5 % hmotn. do 5 % hmotn., přičemž do 100 % hmotn. roztoku je doplněn o kyselinu octovou a vodu v poměru 2:1.

V příkladech 2 a 3 je nanovlákenná vrstva spojena s absorpční vrstvou adhezivem schváleným pro použití ve zdravotnických prostředcích. Adhezivem může být práškové lepidlo (aplikace 3 až 10 g/m²) nebo tavná síťka např. PO 4605 (10 až 20 g/m²) nebo tavné (hot-melt lepidlo).

Další variantou spojení vrstev je pojení bezadhezivní např. ultrazvukem nebo termické pojení.

-4CZ 307059 B6

Substrát, který je použitý pro výrobu nanovlákenné vrstvy může být součástí produktu, který se před aplikací vždy sejme. V jiných aplikacích může být substrát odstraněn při procesu laminace a produkt je opatřen ochranným obalem, který je sejmut před aplikací.

Přímo na ránu se aplikuje nanovlákenná vrstva, absorpční vrstva použitá v příkladech 2 a 3 se nachází směrem z rány. Kryt je obvykle fixován na místě aplikace sekundárním krytím - lepicí fólií nebo obvazovými materiály. Kryt může být také po okrajích a z vnější strany opatřen lepicím systémem, který zajišťuje jeho snadnou aplikaci a fixaci na požadovaném místě.

Nanovlákenná vrstva může obsahovat bioaktivní aditiva typu antimikrobiální látky, analgeticky působící látky, antibiotika, chemoterapeutika, enzymy, atd.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob vytvoření nanovlákenné vrstvy na bázi chitosanu v roztoku s polyetylenoxidem určené pro textilní kompozit ke krytí rány, vyznačující se tím, že monomer chitosanu se ve vodném prostředí smíchá s činidlem obsahujícím metakrylátovou skupinu, směs se podrobí filtraci a promytí H₂O, suší se bez přístupu světla a výsledný produkt, kterým je rozpustný modifikovaný chitosan v pevné fázi, se rozdrtí na prášek, načež se připraví zvlákňovací směs tak, že se rozpustí modifikovaný chitosan a polyetylenoxid ve vodném roztoku kyseliny octové a takto připravený zvlákňovací roztok se aplikuje na vhodně zvolený substrát, načež se provede zesítění materiálu nanovlákenné vrstvy.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že monomer chitosanu s -NH₂ skupinou při 80% deacetylaci rozpuštěný ve vodném prostředí v poměru 5 g chitosanu na 10 ml vody se smíchá s glycidylmetakrylátem v poměru 2 mol chitosanu na 1 mol glycidylmetakrylátu a míchá se 24 h, směs se podrobí filtraci a promytí H₂O, suší se bez přístupu světla po dobu dvou dnů a výsledný produkt, kterým je v kyselém vodném prostředí rozpustný modifikovaný chitosan v pevné fázi se rozdrtí na prášek, načež se připraví zvlákňovací směs tak, že se rozpustí modifikovaný chitosan a polyetylenoxid ve vodném roztoku kyseliny octové v objemovém poměru vody ke kyselině octové 2 : 1 tak, že chitosan tvoří 2 až 10 % hmotn. roztoku a polyetylenoxid tvoří 0,1 až 0,3 % hmotn. roztoku, takto připravený zvlákňovací roztok se aplikuje na vhodně zvolený substrát, načež se provede zesítění materiálu nanovlákenné vrstvy.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se zesítění provede podrobením nanovlákenné vrstvy UV záření.
4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že do roztoku modifikovaného chitosanu a polyetylenoxidu se přidá želatina tak, že chitosan tvoří 4 až 9 % hmotn. roztoku, polyetylenoxid 0,1 až 0,3 % hmotn. roztoku a želatina 0,5 až 5,0 % hmotn. roztoku, přičemž zasíťování se provede vystavením nanovlákenné vrstvy UV záření.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se zasíťování provede vystavením nanovlákenné vrstvy teplotě 130 °C po dobu asi 10 min.
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že do zvlákňovací směsi se přidá zesíťovací činidlo tetramethylenglykoldimetakrylát.
7. Způsob podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že nanovlákenná vrstva se procesem laminace spojí s další vrstvou textilního kompozitu za použití adheziva nebo bezadhezivní technologií.

-5CZ 307059 B6
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že substrát použitý při výrobě nanovláken se sejme v průběhu procesu laminace, anebo před aplikací kompozitu.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že se nanovlákenná vrstva opatří ochranným obalem, který se sejme před aplikací krytu rány.
10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vy zn ač u j í c í se t í m , že se nanovlákenná vrstva napojí bioaktivními aditivy typu antimikrobiální látky, analgeticky působící látky, antibiotika, chemoterapeutika nebo enzymy.
11. Textilní kompozit pro krytí rány zhotovený způsobem podle některého z předchozích nároků sestávající z nejméně jedné vrstvy obsahující alespoň jednu nanovlákennou vrstvu, vyznačující se tím, že nanovlákenná vrstva je připravena z chitosanu chemicky modifikovaného metakrylátovými skupinami, jehož strukturální stabilita je zajištěna UV zesítěním po výrobě nanovlákenné vrstvy.
12. Textilní kompozit pro krytí rány podle nároku 11, vyznačující se tím, že nanovlákenná vrstva je vyrobena z roztoku chitosanu od 2 % hmotn. do 10 % hmotn. a polyetylenoxid od 0,1 % hmotn. do 0,3 % hmotn., přičemž do 100 % hmotn. roztoku je doplněn o kyselinu octovou a vodu v poměru 2:1.
13. Textilní kompozit pro krytí rány podle nároku 11, vyznačující se tím, že nanovlákenná vrstva je vyrobena z roztoku chitosanu od 4 % hmotn. do 9 % hmotn., polyetylenoxidu od 0,1 % hmotn. do 0,3 % hmotn. a želatiny od 0,5 % hmotn. do 5 % hmotn., přičemž do 100 % hmotn. roztoku je doplněn o kyselinu octovou a vodu v poměru 2:1.