DE2734503A1

DE2734503A1 - Verfahren zur herstellung von kollagenschwamm

Info

Publication number: DE2734503A1
Application number: DE19772734503
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Chem Dr Berg; Zdenek Dipl Chem Eckmayer
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE2734503C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Kollagenschvamm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kollagenscilwamm, bei dem kollagenhaltiges tierisches Gewebe alkalisch und/oder sauer aufgeschlossen, mechanisch z- rkleinert, mit Wasser zu einem bis zu ca. 3 Gev. Prozent Kollagen enthaltenden, homogenen Brei versetzt, mit Cerbstorfen und gegebenenfalls weiteren Zuschlägen versehen, eingefroren, aufgetaut und von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten befreit wird.
Verfahren zur Herstellung von Kollagenschwamm und Kollagenschaum sind an sich bekannt. DT-OS 17 17 118 beschreibt ein Herstellungsverfahren, wobei ein waßriger Kollagenbrei in nahezu neutralem Milieu auf sehr tiefe Temperaturen on ca. -200 bis -7o0C eingefroren wird und das Wasser dann bei höherer Temperatur von 10 bis 30 0C durch Lyophylisation oder dgl. entfernt wird. Ziel des Verfahrens ist die Herstellung eines z.B. als Wundabdeckung dienenden weichen Schaummaterials.
Das Material ist zwar für viele medizinische Zwecke verwendbar, jedoch weist es besonders im nassen Zustand keine genügende Festigkeit auf.
Ein demgegenuber verbessertes Schwamm-Material kann nach dem Verfahren gemäß DT-OS 18 11 290 hergestellt werden. Dieses Verfahren verwendet einen wäßrigen Brei aus zerkleinertem, alkalisch und/oder sauer aufgeschlossenem kollagenhaltigem tierischem Gewebe mit einem Kollagengehalt bis zu 3 %, wobei das Gemisch nach dem Einschlagen von Luft und/oder inerten Gasen in saurem Milieu bei Temperaturen zwischen -2 und -400C mehrere Tage lang eingefroren wird und dann bei Temperaturen zwischen etwa lo und 30 C aufgetaut und durch Abpressen von Wasser befreit wird. Trotzdem Gerbstoffe bzw. Vernetzungsmittel, z.B. Glutardialdehyd oder Melamin-Formaidehydharze in geringen Konzentrationen von etwa o,l bis 3,o % zugegeben werden können, werden hier ebenfalls Produkte erhalten, die insbesondere im nassen Zustand nicht genügend fest sind. Die Schwämme quellen in Gegenwart von Wasser und auch bei der Verwendung als Wundauflagematerial, während sie im trockenen Zustande für die meisten Verwendungszwecke zu hart sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kollagenschwsmmen zu entwickeln, welches auf die bekannten Verfahren aufbaut und in reproduzierbarer Weise die Herstellung von nicht quellenden Produkten einstellbarer Harte erlaubt. Es sollen an sich bekannte kollagenhaltige tierische Gewebe wie z.B. Hautspalte, Sehnen oder dgl. verwendet werden. Der Schwamm soll eine homogene Struktur mit feinen offenen Poren aufweisen und in sehr reiner Form anfallen.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das kollagenhaltige tierische Gewebe zunächst in üblicher Weise alkalisch und/oder sauer aufgeschlossen, dann mechanisch zerkleinert und zit Wasser zu einer bis zu ca. 3 S Kollagen enthaltenden homogenen Mischung versetzt wird.
Dieser Kollagenbrei wird mit Gerbstoffen und gegebenenfalls weiteren Zuschlägen versehen, eingefroren, aufgetaut und von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten befreit. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß dem homogenen wäßrigen Kollagenbrei in saurem Milieu solche Gerbstoffe zugemischt werden, die bei dem gewählen pM-Wert langsam reagieren, daß der gerbstoffhaltige Brei bei tiefer Temperatur schockgefroren und dann mehrere Tage bei hoheren, jedoch unterhalb von OOC liegenden Temperatulen belasten und ansehlieBend nach dem Auftauen in an sich bekannter Weist. von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten, z.B. durch Abpressen, Gefriertrocknen oder dgl., und Waschen befreit wird.
Nach dem erfindungsgemaßen Verfahren erhält man in gut reproduzierbarer Weise mechanisch beständige, Wasser unlösliche und nicht quellbare Sehwämme, die im Gegensatz zu den bekannten SeSwamllien eine stabile Struktur aufweisen, die auch bei langer Lagerung erhalten bleibt.
u;e verwendeten Gerbstoffe sind für sich gesehen an sich bekannt. Besonders eignen sich Aldehyde, z.B. Formaldehyd oder Glutaraldehyd, Cyanate, z.B. exandiisocyanat, H20-lösliche Carbodiimide oder als Gerbstoffe geeignete Kondensationsprodukte, die z.B. aus Phenolen, organischen Sulfonsauren, Harnstoff oder dgl. hergestellt wurden.
Durch geeignete Wahl des Gerbstoffes lassen sich die Eigenschaften der Schwamm z.B. hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit und der Härte, dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend einstellen. Es ist wesentlich, daß die Gerbstoffe bei dem gewahlten pH-Wert langsam, d.h. nicht etwa schlagartig oder innerhalb weniger Stunden reagieren.
Bewährt haben sich Einwirkzeiten von mehreren, d.h.
bis zu etwa 20 Tagen. In der Regel wahlt man Einwirkzeiten um etwa 10 Tage.
Es empfiehlt sich, das kollagenhaltige tierische Material in sehr sauberer Form einzusetzen und nach dem alkalischen und/oder sauren Aufschluß den Brei auf eine Konzentration von maximal etwa 3 %, zweckmäßig zwischen etwa l,o und 2,o % zu verdünnen. Der langsam wirkende Gerbstoff kann sofort zugemischt werden.
Durch Variation des pH-Wertes Iaßt sich die Wirksamkeit des Gerbstoffes regulieren. So ist es z.B. möglich einen an sich schnell wirkenden Gerbstoff, z.B. Formaldehyd,zuzugeben, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit durch Ansauern des Brei es auf pH-Werte unterhalb von 4 vermindert wird. Für den Fall, daß der Schwamm zu medizinischen Zwecken eingesetzt wird, empfiehlt sich der Zusatz von an sich bekannten therapeutisch und/oder diagnostisch wirksamen Zuschlagen entweder vor dem Einfrieren oder nach dem Auftauen und Auswaschen des Wassers und der Gerbstoffreste.
Die Gerbstoffe werden in gegenüber den herkömmlichen Verfahren hohen Konzentrationen zugesetzt. So ist es zweckmäßig, ca. 3 bis 40 Gev. Prozent Gerbstoffe zu verwenden.
Die gerbstoffhaltige Mischung wird bei sehr tiefen Temperaturen von wenigstens -lo0C und bis zu etwa -3o0C schockgefroren. Derartige tiefe Temperaturen werden für das Einfrieren auch bei den bekannten Verfahren empfohlen.
Während jedoch die bekannten Verfahren die gefrorene Masse über längere Zeiträume bei den vorstehend genannten tiefen Temperaturen belassen wurde erfindungsgemäß ermittelt, daß die tiefe Temperatur nur für das Schockgefrieren, d.h. das schlagartige, momentane Eingefrieren zweckmäßig ist. Die Vernetzung und Schwammbildung erfolgt erfindungsgemäß zwar ebenfalls über einen Zeitraum von mehreren Tagen, jedoch bei wesentlich höheren Temperaturen von nur wenig unterhalb OOC. Bewahrt haben sich Temperaturen von ca. -1 bis -20C. Bei dieser Temperatur wird die Mischung dann meist bis zu etwa io Tagen belassen. In der Regel ist es nicht erforderlich, vor dem Einfrieren Luft und/oder inerte Gase einzuschlagen.
Die Gerbung erfolgt somit wenig unterhalb 0°C unter Bildung einer feinporigen dreidimensionalen Schwamm struktur. Nach beendeter Reaktion wird das Material aufgetaut und die Hauptmenge des Wassers in an sich bekannter Weise z.B. durch Abquetschen oder Gefriertrocknen entfernt.
Durch geeignete Wahl des Gerbstoffes und dementsprechend eingestellte Reaktionsbedingungen (pH-Wert der Mischung) erhalt man Schwamm mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Es lassen sich z.B. Schwämme mit unterschiedlichem Wasser- bzw. Feuchtigkeitsaufnahmevermögen herstellen und Schwämme mit unterschiedlicher Festigkeit. Auch ein restliches Quellvermögen kann erhalten bleiben, sofern dies für bestimmte Zwecke erwünscht sein sollte.
Schwamm mit sehr hoher Festigkeit lassen sich dadurch herstellen, daß wechselnde Anteile Zuschläge, z.B.
Textilfasern eingearbeitet werden. Bewahrt haben sich hierzu Stapelfasern z.B. mit 3 bis 25 mm Faserlänge, wobei wegen der etwas schwierigeren Einarbeitung der langen Fasern in der Regel kürzere oder mittellange Fasern bevorzugt werden. Geeignet sind hydrophile und hydrophobe Fasern an sich bekannter Art. Die Einarbeitung erfolgt zweckmäßig in der Nähe des isoelektrischen Punktes des verwendeten Kollagens. Dieser liegt meist etwa bei einem pH-Wert zwischen 5 und 6.
Bei der Rohstoffaufarbeitung empfiehlt sich zunächst der alkalische Aufschluß des kollagenhaltigen tierischen Materials. Der Abbau des anfangs etwa o,70 % Amidstickstoff enthaltenden Kollagens kann in einfacher Weise durch laufende Bestimmung des Amidstickstoffes kontrolliert werden. Der Amidstickstoff kann bis zu etwa 0,20 % abgebaut werden. Der Abbaugrad beeinflußt die Größe der Poren und die mechanische Festigkeit der später hergestellten Kollagenschwãmme. So erhält man beispielsweise bei einem Abbau des Amidstickstoffes auf Werte von etwa 0,50 bis o,6o % ein relativ grobporiges Schwamm-Material mit nicht sehr hoher Zugfestigkeit.
Führt man den Abbau bis zu Amidstickstoffwerten von etwa o,40 bis o,5o % durch, erhält man nach der Gerbung ein einwandfreies Schwamm-Material mittlerer Porengröße und ausreichender Festigkeit. Durch die Einmischung von Textilfasern läßt sich die Festigkeit zu guten Werten steigern.
Baut man den Amidstockstoff auf Werte von etwa o,2o bis o,3o % ab, ergibt sich nach der Gerbung ein außerordentlich feinporiges Schwamm-Material mit ausgezeichneter Reißfestigkeit.
Der saure Abbau erfolgt in üblicher Weise und wird zweckmäßig unter Verwendung von z.B. Salzsäure durchgeführt.
Die gleichmäßige Säuerung des dispergierten Materials ist ebenfalls für die spätere Schwammbildung wichtig.
Es empfehlen sich pH-Werte zwischen etwa 2,5 und 5,5, vorzugsweise zwischen 3 und 4.
Eine wesentliche Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Verwendung der eingangs beschriebenen langsam wirkenden Gerbstoffe. Unter Beachtung dieser Voraussetzung lassen sich alle an sich für die Gerbung von Eiweißmaterial bekannten Stoffe verwenden. In Abhängigkeit von dem Gerbstoff erhält man unterschiedliche Schwämme.
So ergibt beispielsweise die Verwendung von Formaldehyd in einer Menge von 5 bis 20 ffi bei pH 3 bis 5 und 3 bis lo Tage Einwirkung einen hellen weißen Schwamm, der gegebenenfalls nachgegerbt werden muß. Clutaraldehyd führt zu einem dunkleren, schwachgelb bis braunen Material, wenn er in einer Menge von 3 bis 12 % und bei einem pH-Wert von 3 bis 5 etwa 1 bis 5 Tage einwirkt. Formaldehyd und Glutsraldehyd werden bevorzugt, wenn elastische Schwämme erwünscht sind, weil beide Aldehyde in wäßriger Lösung Polymere bilden, die mit Kollagen keine Bindung eingehen und die Elastizität des Schwanmes beeinflussen.
Eine ebenfalls gute Elastizität erhält man bei der Gerbung des kollagenhaltigen Materials mit Cyanaten, z.B. Hexandiisocyanat. Das Hexandiisocyanat soll dabei während 3 bis lo Tagen in einer Konzentration von 3 bis 40 % und einem pH-Wert von 3 bis 5,5 einwirken.
Bevorzugt wird häufig die Gerbung mit Kondensationsprodukten, die z.B. zur Phenolen, Formaldehyd, Harnstoff, organischen Sulfonsäuren hergestellt wurden, oder mit H20-löslichen Carbodiimiden. Die so hergestellten Schwämme eignen sich besonders für technische Zwecke.
Es ergibt sich, daß sich durch geeignete Wahl des Gerbstoffes die Eigenschaften der Schwämme hinsichtlich Farbe, Festigkeit, Elastizität, Weichheit, Wasseraufnahme usw.
in weiten Grenzen variieren lassen.
Der gerbstoffhaltige Kollagenbrei muß vor dem Schockgefrieren gut homogenisiert werden. Die Einwirkungszeit, die Art und die Konzentration des Gerbmittels lassen sich gegebenenfalls durch Vorversuche ermitteln.
Es wurde festgestellt, daß bei höherer Konzentration des Gerbstoffes und höherer Temperatur die Einwirkungszeit zur Schwammbildung bzw. Vernetzung verkürzt wird.
Die Qualitätsverbesserung gegenüber herkömmlichen Schwämmen ergibt sich durch das schockartige, d.h.
möglichst schnelle Einfrieren des Kollagenbreies nach erfolgter Fomogenisierune.Die nach dem schockartigen Eingefrieren durchgeführte Vernetzung bei höherer Temperatur von nur wenig unter 0°C sollte dabei über längere Zeiträume erfolgen, weil die verlängerte Einwirkung in diesem Stadium des Verfahrens die Qualität der Schwämme ebenfalls sehr positiv beeinflußt. Man kann so die Elastizität des Schwammes verbessern und die Quellfähigkeit erniedrigen. Die Mitverwendung an sich üblicher Weichmacher ist in der Regel unnötig.
Nach erfolgter Vernetzung bzw. Gerbung, z.B. durch Schockgefrieren auf -2o0C und mehrtägige Einwirkung der Gerbstoffe bei -10C werden die Schwämme auf Zimmertemperatur aufgetaut und das Wasser z.B. durch Abquetschen entfernt.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Wasser durch Gefriertrccknen auszutreiben. Die fertigen Schwämme werden dann zur restlosen Entfernung von Gerbstoffen bzw. deren Reaktionsprodukten gewaschen und können bei Bedarf nachgegerbt werden. Ist der Zusatz von Weichmachern oder anderen Stoffen, z.B. diagnostisch und/oder therapeutisch wirksamen Substanzen erwünscht, so werden diese zweckmäßig nach dem Auswaschen und gegebenenfalls Nachgerben der Schwämme zugefüet.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1 150 Gew. Teile Rinderhäute werden chemisch enthaart und auf einer fein einstellbaren Spaltmaschine mit umlaufendem Bandmesser von Epidermis und Unterhaut-Bindegewebe mit snhaftendem Fett befreit. Die so gewonnenen Spalte werden mit Kalkmilchlösung etwa 4 Wochen lang behandelt, wobei ein Teil der Amidgruppen als Ammoniak abgespalten wird.
Die Behandlung wird durch entsprechende Variation von Temperatur und Zeit bis zu einem Amidstickstoffgehalt von o,4 % der Gesamtstickstoffmenge durchgeführt.
Das Material wird nun mit 3 %-iger Salzsäure so lange behandelt, bis die Spalte gleichmäßig durchgesäuert sind.
Das mit fließendem Wasser gut ausgewaschene Material wird z.B. mit einem Fleischwolf stark zerkleinert. Das Trockengewicht beträgt am Ende dieser Vorbereitung 14,o %. Der pH-Wert liegt bei 3,o.
25 Gew. Teile der gemahlenen Kollagenmasse wird in 175 Gew. Teilen Wasser homogenisiert. Der pH-Wert wird mit verdünnter Natronlauge auf 5,3 eingestellt. Es werden nun 1,4 Gew. Teile Stapelfasern zugegeben und die Mischung gut homogenisiert. Unter Rühren wird mit verdünnter Salzsäure ein pH-Wert von 3,o eingestellt und unter nun langsamem Rühren werden 1,4 Gew. Teile 25 %-iger Glutaraldehyd zugegeben. Der gut homogenisierte Brei wird in etwa 1,5 cm dicken Schichten in eine Kühl zelle eingetragen und sehr schnell auf -2o0C abgekühlt. Der eingefrorene Brei bleibt etwa 1 Stunde in der Kühl zelle und wird anschließend in eine auf -10C temperierte Zelle überführt, wo er 3 Tage lagert. Die gegerbten Kollagenplatten werden nun bei Zimmertemperatur in Wasser aufgetaut und etwa 1 Stunde lang mit einer 1 %-igen Glutaraldehydlösung bei einem pH-Wert von etwa 8,o nachgegerbt. Anschließend werden die Platten etwa zehnmal mit fließendem Wasser ausgewaschen, wobei die Schwämme nach jedem Waschgang zwischen zwei Walzen abgequetscht werden. Die Trocknung erfolgt anschließend bei Zimmertemperatur.
Bei dem Schwamm-Material wurde eine Restfeuchtigkeit von 12 bis 16 %, bezogen auf das Gesamtgewicht, festge-3 stellt. Das spezifische Gewicht liegt bei 31,75 mg/cm3, die Schrumpftemperatur bei 69 C, die Wasseraufnahme bei 41,0 6 Wasser/g Schwamm.
Beispiel 2 Das in Beispiel 1 beschriebene homogenisierte Material wird vor dem Einfrieren mit o,25 Gew. Teilen Hexamethylendiisocyanat versetzt und der Brei nach dem Schockgefrieren 6 Tage lang bei -1 0C belassen. Nach dem Auftauen im Wasserbad wurde ohne Nachgeben mit fließendenJXeasse:^ gewaschen und der schwach riechende Schwamm anschließend mit einer 2-Amino-2Methyl-Propanol- 1 Lösung zwei Stunden lang behandelt. Anschließend wurde gründlich mit Wasser durchgespült und das Produkt für zwei Stunden der Einwirkung einer 1,5 a-igen Milchsäurelösung unterworfen.
Es wurde erneut mit Wasser durchgespült und bei Zimmertemperatur getrocknet. Der so erhaltene Schwamm zeichnet sich durch besondere Weichheit und Hautfreundlichkeit aus.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Kollagenschwamm, bei dem kollagenhaltiges tierisches Gewebe alkalisch und/oder sauer aufgeschlossen, mechanisch zerkleinert, mit Wasser zu einem bis zu ca. 3 Gew. Prozent Kollagen enthaltenden homogenen Brei versetzt, mit Gerbstoffen und gegebenenfalls weiteren Zuschlägen versehen, eingefroren, aufgetaut und von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem homogenen waßrigen Kollagenbrei in saurem Milieu solche Gerbstoffe zugemischt werden, die bei dem gewahlten pH-Wert langsam reagieren, und der gerbstoffhaltige Brei bei tiefer Temperatur schockgefroren und dann mehrere Tage bei höheren, jedoch unterhalb von 0 C liegenden Temperaturen belassen und anschließend nach dem Auftauen in an sich bekannter Weise von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten, z.B. durch Abpressen, Gefriertrocknen oder dgl. und Waschen, befreit wird und gegebenenfalls eine an sich bekannte Nachgerbung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrtagige Gerbtemperatur nur wenig unterhalb von 04°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß ein wäßriger, ca. l,o bis 2,o Gew. Prozent Kollagen enthaltender Brei bei einem pH-Wert zwischen ca. 3,0 und 5,5 bei ca. -20 bis -300C schockgefroren und dann bis zu ca. lo bis 20 Tagen bei einer Temperatur von ca. -1 bis -20C belassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichr.et, daß dem Kollagenbrei vor dem Einfrieren ca. 3 bis 40 ew. Prozent an gerbstoffen zugemischt werden.
Verfahren nac Anspruch 1-4, dadurch daE als Gerbstoffe Aldehyde, z.B. Formaldehyd oder Glutaraldehyd, Cyanate, z.B. Hexandiisocyanat, H2O-lösliche Cazbodiirnide, oder Kondensationsprodukte, die z.B. aus Phenolen, organischen Sulvonsäuren, Harnstoff, Melamin oder dgl. hergestellt wurden.
6. Verfahren nach hnspruch 1-5, Dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschläge an sich bekannte therapeutisch und/otler diagnostisch wirksame Stoffe verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschläge natürliche und/oler synthetische Textilfasern verwendet werden, wobei die Fasern im Bereich des isoelektrischien Punktes des Kollagens, z.B. bei einem pH-Hert von ca. 5 t:s 6, zugemischt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau des Kollagen enthaltenden tierischen Materials in alkalische und/oder saurem Milieu durch fortlaufende an sich bekannte Bestimmung des Amidstickstoffgehaltes kontrolliert und der Abbau bzw die Reaktion bis zu einem Amidstickstoffgehalt von etwa 0,20 Gew. Prozent durchgeführt wird.