DE2734503C2

DE2734503C2 - Verfahren zur Herstellung von Kollagenschwamm

Info

Publication number: DE2734503C2
Application number: DE19772734503
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Chem. Dr. 3450 Holzminden Berg; Zdenek Dipl.-Chem. 6900 Heidelberg 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: 1984-04-05
Also published as: DE2734503A1

Description

Verfahren zur Herstellung von Kollagenschwamm und Kollagenschaum sind an sich bekannt. DE-OS 17 118 beschreibt ein Herstellungsverfahren, wobei ein wäßriger Kollagenbrei in nahezu neutralem Milieu auf sehr tiefe Temperaturen von ca. —20° C bis —70°C eingefroren wird und das Wasser dann bei höherer Temperatur von 10 bis 30⁰C 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 demgegenüber verbessertes Schwamm-Material kann nach dem Verfahren gemäß DE-OS 18 11290 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 10 bis 30⁰C aufgetaut und durch Abpressen von Wasser befreit wird. Trotzdem Gerbstoffe bzw. Vernetzungs-

^r) mittel, z. B. Glutardialdehyd oder Melamin-Formaldehydharze, in geringen Konzentrationen von etwa 0,1 bis 3,0% zugegeben werden können, werden hier ebenfalls Produkte erhalten, die insbesondere im nassen Zustand nicht genügend fest sind. Die Schwämme quellen in

ι» 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

ι ϊ Verfahren zur Herstellung von Koüagenschwämmen zu entwickeln, welches auf die bekannten Verfahren aufbaut und in reproduzierbarer Weise die Herstellung von nicht quellenden Produkten einstellbarer Härte erlaubt. Es sollen an sich bekannte kollagenhaltige

:o tierische Gewebe, wie Hautspalte, Sehnen oder dgl., verwendet werden. Der Schwamm soll eine homogene Struktur mit feinen offenen Poren aufweisen und in sehr reiner Form anfallen.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen wiedergegebene Verfahren gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man in gut reproduzierbarer Weise mechanisch beständige, wasserunlösliche und nicht quellbare Schwämme, die im Gegensatz zu den bekannten Schwämmen eine stabile

jo Struktur aufweisen, die auch bei langer Lagerung erhalten bleibt. Die verwendeten Gerbstoffe sind für sich gesehen an sich bekannt. Durch geeignete Wahl des Gerbstoffes lassen sich die Eigenschaften der Schwämme, z. B. hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfä-

jj higkeit und der Härte, dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend einstellen. Es ist wesentlich, daß die Gerbstoffe bei dem gewählten 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 wählt man Einwirkzeiten um etwa 10 Tage.

Es empfiehlt sich, das kollagenhaltige tierische Material in sehr sauberer Form einzusetzen und nach

4^r> dem alkalischen und/oder sauren Aufschluß den Brei auf seine Konzentration von maximal 3%, zweckmäßig zwischen etwa 1,0 und 2,0% zu verdünnen. Der langsam wirkende Gerbstoff kann sofort zugemischt werden. Durch Variation des pH-Wertes läßt 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 Ansäuren des Breies auf pH-Werte unterhalb von 4 vermindert wird. Für den Fall, daß der Schwamm zu medizinischen Zwecken eingesetzt wird, empfiehlt sich der an sich bekannte Zusatz von therapeutisch und/oder diagnostisch wirksamen Zuschlägen entweder vor dem Einfrieren oder nach dem Auftauen und Entfernen des Wassers und der

eo Gerbstoffreste.

Die Gerbstoffe werden in gegenüber den herkömmlichen Verfahren hohen Konzentrationen von 3 bis 40 Gew.-Prozent zugesetzt.

Die gerbstoffhaltige Mischung wird bei sehr tiefen

hi Temperaturen von wenigstens — 10°C und bis zu — 30°C 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 tieferen 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 —1 bis —2° C. Bei dieser Temperatur wird die Mischung dann meist bis zu etwa 10 Tagen belassen. Es ist nicht erforderlich, vor dem Einfrieren Luft und/oder inerte Gase einzuschlagen.

Die Gerbung erfolgt unter Bildung einer feinporigen dreidimensionalen Schwammstruktur. 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) erhält man Schwämme mit unterschiedlichen Eigenschaften. Es lassen sich z. B. Schwämme mit unterschiedlichem Wasser- bzw. Feuchtigkeitsaufnahmever mögen herstellen und Schwämme mit unterschiedlicher Festigkeit. Auch ein restliches Quellvermögen kann erhalten bleiben, sofern dies für bestimmte Zwecke erwünscht sein sollte.

So ergibt beispielsweise die Verwendung von Formaldehyd in einer Menge von 5 bis 20% bei pH 3 bis 5 und 3 bis 10 Tage Einwirkung einen hellen weißen Schwamm, der gegebenenfalls nachgegerbt werden muß. Glutardialdehyd 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 Glutardialdehyd wurden bevorzugt, wenn elastische "ichv. ^;rnrne erwünscht sind, weil beide Aldehyde in wäßriger Lösung Polymere bilden, die mit Kollagen keine Bindung eingehen und die Elastizität des Schwammes beeinflussen.

Eine ebenfalls gute Elastizität erhält man bei der Gerbung des kollagenhaltigen Materials mit Diisocyanaten, wie Hexandiisocyanat. Das Hexandiisocyanat soll dabei während 3 bis: 10 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 aus Phenolen, Harnstoff oder organischen Sulfonsäuren sowie Formaldehyd bestehen, oder mit H₂O-löslichen Carbodiimiden. Die so hergestellten Schwämme eignen sich besonders für technische Zwecke.

Schwämme mit sehr hoher Festigkeit lassen sich dadurch herstellen, daß wechselnde Anteile Zuschläge, z. B. Textilfasern eingearbeitet werden. Bewährt 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 isoeleklrischen Punktes des verwendeten Kollagens. Dieser liegt meist etwa bei einem pH-Wert zwischen 5 und 6.

Bei der Rohstoffaulbereitung empfiehlt sich zunächst der alkalische Aufschluß des kollagenhaltigen tierischen Materials. Der Abbau des anfangs etwa 0,70% Amidstickstoff enthaltenden Kollagens kann in einfacher Weise durch laufende Bestimmung des Amidstick-

Stoffes kontrolliert werden. Der Amidstickstoff kann bis zu 0,20% abgebaut werden. Der Abbaugrad beeinflußt die Größe der Poren und die mechanische Festigkeit der später hergestellten Kollagenschwämme. So erhält man beispielsweise bei einem Abbau des Amidstickstoff&s auf Werte von etwa 0,50 bis 0,60% ein relativ grobporiges Schwamm-Material mit nicht sehr hoher Zugfestigkeit Führt man den Abbau bis zu Amidstickstoffwerten von etwa 0,40 bis 0,50% 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 Amidstickstoff auf Werte von etwa 0,20 bis 0,30% 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.

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 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 Homogenisierung. Die nach dem schockartigen Eingefrieren durchgeführte Vernetzung bei Temperaturen zwischen — 1°C und -2⁰C 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, ζ. Β. durch Schockgefrieren auf — 20⁰C und mehrtägige Einwirkung der Gerbstoffe bei — 1°C, werden die Schwämme bei Zimmertemperatur aufgetaut und das Wasser z. B. durch Abquetschen entfernt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Wasser durch Gefriertrocknen 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 zugefügt.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

150Gew.-Teile Rinderhäute wurden chemisch enthaart und auf einer fein einstellbaren Spaltmaschine mit umlaufendem Bandmesser von Epidermis und Unterhaut-Bindegewebe mit anhaftendem Fett befreit. Die so gewonnenen Spalte wurden mit Kalkmilchlösung etwa 4 Wochen lang behandelt, wobei ein Teil der Amidgrup-

pen als Ammoniak abgespalten wurde. Die Behandlung wurde durch entsprechende Variation von Temperatur und Zeit bis zu einem Amidstickstoffgehalt von 0,4% der Gesamtstickstoffmenge durchgeführt.

Das Material wurde dann mit 3%iger Salzsäure so lange behandelt, bis die Spalte gleichmäßig durchgesäuert waren. Das mit fließendem Wasser gut ausgewaschene Material wurde z. B. mit einem Fleischwolf stark zerkleinert Das Trockengewicht betrug am Ende di?ser Vorbereitung 14,0%. Der pH-Wert lag bei 3,0.

25 Gew.-Teile der gemahlenen Kcllagenmasse wurden in 175 Gew.-Teilen Wasser homogenisiert. Der pH-Wert wurde mit verdünnter Natronlauge auf 53 eingestellt Es wurden nun 1,4 Gew.-Teile Stapelfasern zugegeben und die Mischung gut homogenisiert Unter Rühren wurde mit verdünnter Salzsäure ein pH-Wert von 3,0 eingestellt und unter nun langsamem Rühren wurden 1,4 Gew.-Teile 25%igen Glutai Jialdehyds zugegeben. Der gut homogenisierte Brei wurde in etwa 1,5 cm dicken Schichten in eine Kühlzelle eingetragen und sehr schnell auf — 20⁰C abgekühlt. Der eingefrorene Brei blieb etwa 1 Stunde in der Kühlzelle und wurde anschließend in eine auf — 1°C temperierte Zelle überführt, wo er 3 Tage lagerte. Die gegerbten Kollagenplatten wurden nun bei Zimmertemperatur in Wasser aufgetaut und etwa 1 Stunde lang mit einer l%igen Glutardialdehydlösung bei einem pH-Wert von etwa 8,0 nachgegerbt Anschließend wurden die Platten etwa zehnmal mit fließendem Wasser ausgewaschen, wobei die Schwämme nach jedem Waschgang zwischen zwei Walzen abgequetscht wurden. Die Trocknung erfolgte anschließend bei Zimmertemperatur.

Bei dem Schwammaterial wurde eine Restfeuchtigkeit von 12 bis 16%, bezogen auf das Gesamtgewicht, festgestellt Das spezifische Gewicht lag bei 31,75 mg/ cm³, die Schrumpftemperatur bei 69°C, die Wasseraufnahme bei 41.0 g Wasser/g Schwamm.

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 beschriebene homogenisierte Material wurde vor dem Einfrieren mit 0,25 Gew.-Teilen Hexamethylendiisocyanat versetzt und der Brei nach dem Schockgefrieren 6 Tage lang bei — 1°C belassen. Nach dem Auftauen im Wasserbad wurde ohne Nachgerben mit fließendem Wasser gewaschen und der schwach riechende Schwamm anschließend mit einer 2-Amino-2-Methy!-Propano!-l Lösung zwei Stunden lang behandelt. Anschließend wurde gründlich mit Wasser durchgespült und das Produkt für zwei Stunden der Einwirkung einer l,5%igen Milchsäurelösung unterworfen. Es wurde erneut mit Wasser durchgespült und bei Zimmertemperatur getrocknet Der so erhaltene Schwamm zeichnete 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 3 Gew.-Prozent Kollagen enthaltenden homogenen Brei versetzt mit Gerbstoffen und gegebenenfalls weiteren Zuschlagen versehen, eingefroren, aufgetaut und von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau des Kollagen enthaltenden tierischen Materials in alkalischem und/oder saurem Milieu durch fortlaufende, an sich bekannte Bestimmung des Amidstickstoffgehaltes kontrolliert und der Abbau höchstens bis zu einem Amidstickstoffgehalt von 0,20 Gew.-Prozent durchgeführt wird, daß dem mit Wasser versetzten homogenen Kollagenbrei bei einem pH-Wert zwischen 3,0 und 5,5 dann 3 bis 40Gew.-°/o eines Aldehyds, wie Formaldehyd oder Glutardialdehyd, eines Diisocyanats, wie Hexandiisocyanat, eines wasserlöslichen Carbodiimids oder eines Kondensationsprodukts aus Phenolen, organischen Sulfonsäuren, Harnstoff oder Melamin als Gerbstoff zugemischt werden und daß der gerbstoffhaltige Brei bei Temperaturen zwischen — 10 und —30°C schockgefroren und dann mehrere Tage bei Temperaturen zwischen — 1 und -2⁰C belassen und anschließend nach dem Auftauen in an sich bekannter Weise von Wasser und gegebenenfalls Gerbstoffresten befreit wird und gegebenenfalls eine an sich bekannte Nachgerbung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrige 1 bis 2 Gew.-Prozent Kollagen enthaltende Brei bei -20 bis -30°C schockgefroren wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschläge natürliche und/oder synthetische Textilfasern verwendet werden, wobei die Fasern im Bereich des isoelektrischen Punktes des Kollagens bei einem pH-Wert von 5 bis 6 zugemischt werden.