DE911322C

DE911322C - Process for the production of collagen structures

Info

Publication number: DE911322C
Application number: DEA3332A
Authority: DE
Inventors: Arthur Cresswell
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1944-03-20
Filing date: 1950-08-30
Publication date: 1954-06-28
Also published as: BE477545A; FR955840A; GB606427A; CH272100A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fasern, Fäden und Bändern.This invention relates to a method of making fibers, threads and Ribbons.

Die erfindungsgemäß hergestellten Fäden sind besonders für chirurgische Nähte brauchbar und besitzen entschiedene Vorzüge gegenüber Erzeugnissen, die normalerweise aus Därmen hergestellt werden und unter der Bezeichnung Katgut bekannt sind. Die vorliegenden kollagenhaltigen Gebilde lassen sich in unbegrenzter Länge herstellen, sie sind der ganzen Länge nach hinsichtlich Größe, Festigkeit und Zähigkeit einheitlich und verhalten sich gegen indirekte oder Hitzesterilisation gleichartig. Jeder gewünschte Grad an Gerbung kann derartigen Nähten in den üblichen Gerbbädern erteilt werden.The threads produced according to the invention are particularly useful for surgical sutures and have distinct advantages over products normally made from intestines and are known as Katgut. The present collagen-containing structures can be made in unlimited length, they are the entire length according to size, Strength and toughness are uniform and behave similarly to indirect or heat sterilization. Any desired degree of tanning can be achieved with such seams in conventional tanning baths be granted.

Kollagen ist ein Protein, das einen Bestandteil der Haut, der Felle, Sehnen und Muskeln der Wirbeltiere bildet und in diesen als faseriger Stoff mit einer Reihe von anderen Substanzen zusammen, wie Haaren, Elastin und anderen unlöslichen Bestandteilen, vorkommt, aus denen das Kollagen abgetrennt werden muß, bevor es mit Erfolg erfindungsgemäß verwendet werden kann.Collagen is a protein that is a component of the skin, skins, tendons and muscles of the Vertebrates form and in these as a fibrous material together with a number of other substances, Like hair, elastin, and other insoluble components, that make up collagen must be separated before it can be used successfully in accordance with the invention.

Kollagen ist an und für sich in Wasser unlöslich, as es kann jedoch nach geeigneter Behandlung in Wasser bei erhöhter Temperatur in Gelatine umgewandelt werden. Wenn auch Gelatine undCollagen in and of itself is insoluble in water, as however, it can be converted into gelatin after appropriate treatment in water at an elevated temperature will. Albeit gelatin and

Kollagen beide Proteine sind, so sind sie jedoch nicht gleichartig und nicht gleichwertig. Es ist bekannt, daß Gelatine in Wasser löslich ist; dies trifft aber für Kollagen nicht zu. Es muß ausdrücklich betont werden, daß in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen, in denen die Wörter Kollagen oder kollagenhaltige Stoffe gebraucht werden, das damit bezeichnete Material sich völlig von Gelatine ίο unterscheidet und die beiden Stoffe bei der Durchführung des Erfindungsgegenstandes sich gegenseitig nicht austauschen lassen.Collagen are both proteins, however, they are not alike or equivalent. It is known that gelatin is soluble in water; but this does not apply to collagen. It must be expressly emphasized that in the present description and in the claims, in which the words collagen or substances containing collagen are used, that with it designated material is completely different from gelatin ίο and the two substances in the implementation of the subject matter of the invention cannot be mutually exchanged.

Es ist bekannt, daß kollagenhaltiges MaterialIt is known that collagen-containing material

eine Faserstruktur besitzt. Es wurden früher zahlreiche Versuche gemacht, kontinuierliche Fäden aus kollagenhaltigem Material zur Verwendung für chirurgische Nähte und Bänder herzustellen. Bei den früheren Verfahren wurde das kollagenhaltige Material mit flüssigen Quellmitteln, wie anorganischen und organischen Säuren, behandelt, worauf das gequollene Material sorgfältig abgetrennt wurde, um die einzelnen gequollenen Fasern in unbeschädigtem Zustand so lange wie möglich zu erhalten. Somit wurde ein Gemisch einzelner kollagenhaltiger Fasern in dem flüssigen Quellmittel hergestellt, das nach Entfernung ungelöster, nicht kollagenhaltiger Stoffe in einem Koagulationsbad nach den üblichen Spinnverfahren zwecks Bildung von Fäden verformt wurde. Derartige Fäden waren deshalb aus einzelnen kollagenhaltigen Fasern und nicht aus einer wahren Lösung gebildet.has a fiber structure. There used to be numerous Attempts made to use continuous threads of collagenous material for make surgical sutures and tapes. In the earlier procedures, this was collagen-containing Material treated with liquid swelling agents such as inorganic and organic acids, whereupon the swollen material has been carefully separated to separate the individual swollen fibers to keep them undamaged for as long as possible. Thus, a mixture of individual ones became more collagen-containing Fibers made in the liquid swelling agent, which after removal of undissolved, not collagen-containing substances in a coagulation bath according to the usual spinning process for the purpose of formation has been deformed by threads. Such threads were therefore made of individual collagen-containing fibers and not formed from a true solution.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Kollagengebilden geschaffen, wobei kollagenhaltige Stoffe vor dem Verformen mit organischen Säuren behandelt werden. Dieses Verfahren besteht darin, daß man das mit organischen Säuren vorbehandelte und gequollene kollagenhaltige Material, vorzugsweise Kipsehäute, in Gegenwart einer Lösung von organischen Säuren bei einer Temperatur unter 30° mechanisch bis zum Entstehen einer wahren Lösung zerkleinert, die Kollagenlösung nach Befreiung von unlöslichen Bestandteilen und von Luft in einem Fällbad verformt und die Gebilde eventuell wäscht, trocknet und verzwirnt. Derartige Fäden lassen sich in jeder gewünschten Größe oder Form herstellen und entweder in dieser Form koagulieren oder spinnen, zwirnen oder in Form mehrerer Einzelfäden zu dickeren Fäden umwandeln. Sie lassen sich auf Grund ihrer Herstellungsweise in unbegrenzter Länge herstellen, wobei ihre Dimensionen in der ganzen Länge außerordentlich einheitlich sind.According to the invention, a method for producing collagen structures is created, wherein substances containing collagen are treated with organic acids before shaping. This method consists in that one pretreated with organic acids and swollen collagen-containing Material, preferably kipskin, in the presence of a solution of organic acids mechanically crushed at a temperature below 30 ° until a true solution is formed, which Collagen solution deformed in a precipitation bath after it has been freed from insoluble components and from air and possibly washes, dries and twists the structure. Such threads can be used in manufacture any desired size or shape and either coagulate or spin in this shape, twist or turn into thicker threads in the form of several single threads. You let yourself on Because of their manufacturing method in unlimited length, their dimensions in the are extraordinarily uniform throughout their length.

Derartige Fäden können durch Verfahren, wie sie beim Gerben von Leder üblich sind, gegerbt werden, und daraus erzeugte Nähte lassen sich in verschiedenen Graden von Absorptionsfähigkeit durch das lebende Gewebe, wie es in der chirurgischen Praxis bei Verwendung von Wundnähten bekannt ist, herstellen.Such threads can be tanned by processes such as are customary in the tanning of leather and seams made therefrom can be of various degrees of absorbency through the living tissue, as is the case in surgical practice when using sutures is known to produce.

So Tierische Felle oder Häute bilden im großen die am leichtesten zur Verfügung stehenden Ausgangsmaterialien für Kollagen. Es ist bei der Verwendung dieser Ausgangsmaterialien wünschenswert, daß die Felle nicht gekalkt sind. Es können frische oder grüngesalzene Kalbfelle, Kipse oder 6s andere Häute sein, die einen verhältnismäßig niedrigen Elastingehalt aufweisen. Rohe Kipse sind vorzuziehen, da das daraus gewonnene Kollagen im Vergleich zu dem aus Kalbfellen gewonnenen eine äußerst günstige Viscosität besitzt. Diese Felle werden bis zum reinen Corium, welches die Schicht der tierischen Haut darstellt, die die größte Menge Kollagen enthält, von der Unterhaut befreit und enthaart. Wenn grüngesalzene Häute verwendet werden, müssen die Häute vor dieser Behandlung eingeweicht werden und in der Weiche nach der Säuberung so lange belassen werden, bis sie fast salzfrei sind.Animal skins or hides are, by and large, the most easily available raw materials for collagen. When using these starting materials, it is desirable that the skins are not whitewashed. It can be fresh or green-salted veal skins, kipse or 6s other skins that have a relatively low elastin content. Raw Kips are preferable as the collagen obtained from it compared to that obtained from calf skin has an extremely favorable viscosity. These skins are down to the pure corium, which is the layer represents the animal skin, which contains the greatest amount of collagen, is freed from the subcutaneous tissue and depilated. If green salted hides are used, the hides must be treated before this treatment soaked and left in the soak after cleaning until they are almost are salt-free.

Nachdem das Corium zwecks bequemerer Behandlung in Streifen oder schmale Stücke zerschnitten worden ist, wird es mit einer verdünnten Lösung einer organischen Säure im p^-Bereich von 2 bis 4 bedeckt. Jede organische Säure ist hierzu brauchbar, obwohl 0,05 bis 0,10 normale Ameisensäure oder 0,5 bis 1,0 normale Essigsäure vorzuziehen ist. Es kann auch jede Konzentration einer anderen organischen Säure verwendet werden, wenn nur das pjj der Lösung innerhalb der angegebenen Werte gehalten wird.After the corium is cut into strips or narrow pieces for convenient handling it is mixed with a dilute solution of an organic acid in the p ^ range covered from 2 to 4. Any organic acid will do this, although 0.05 to 0.10 normal Formic acid or 0.5 to 1.0 normal acetic acid is preferred. It can also be of any concentration Another organic acid can be used if only the pjj of the solution is within the specified Values is maintained.

Das Corium läßt man dann 16 bis 24 Stunden in der sauren Lösung bei 10 bis 30⁰ quellen. Bei diesem Quellen nimmt die Haut das gleiche bis dreifache Gewicht an Flüssigkeit auf; bei einer Temperatur unter 30⁰' wird hierbei die Bildung von Gelatine bestimmt vermieden.The corium is then allowed 16 to 24 hours in the acid solution at 10 to 30 ⁰ sources. With this swelling the skin absorbs the same to three times the weight of liquid; at a temperature below 30 ⁰ ', the formation of gelatin is definitely avoided.

Nach dem Quellen läßt man die überschüssige Flüssigkeit abfließen, dann wird das gequollene Corium mechanisch zerkleinert, z. B. in einem Fleischwolf oder Kleinschneider oder in einer anderen Zerkleinerungsvorrichtung, die die Kollagenfasern so weit zerreißen, daß die Auflösung beschleunigt wird. Bei der mechanischen Zerkleinerung entwickelt sich durch die Reibung meist Wärme, und deshalb ist es wichtig, dafür zu sorgen, daß die Temperatur des Materials während dieses Arbeitsvorganges unter 30°' bleibt.After swelling, the excess liquid is allowed to run off, then the swollen becomes Corium mechanically crushed, e.g. B. in a meat grinder or small cutter or in a another crusher that makes the collagen fibers tear so far that the dissolution is accelerated. In mechanical crushing heat usually develops through friction, and it is therefore important to ensure that that the temperature of the material remains below 30 ° 'during this process.

Wenn die Zerkleinerung fein genug ist, befindet sich in diesem Stadium praktisch alles Kollagen in Lösung. Falls die Kollagenlösung hoch konzentriert ist, geliert sie bei 35⁰ oder darunter. Deshalb ist es erforderlich, die Lösung zur Abtrennung des gelösten Kollagens von den unlöslichen Bestandteilen etwas zu erwärmen, bis sie leicht flüssig geworden ist. Dies läßt sich bei einer Temperatur möglichst nicht über 6o° erreichen. Während des Erwärmens auf diese Temperatur lösen sich unter mechanischem Rühren die letzten Spuren des noch nicht gelösten Kollagens, und das Ganze kann dann zur Entfernung des Elastins, der Haarreste und anderer unlöslicher Bestandteile zentrifugiert und darauf durch ein Baumwollwattefilter filtriert werden. Das Filtrat stellt eic*; klare, hoch konzentrierte Lösung von Kollagen dar.If the crush is fine enough, at this stage practically all of the collagen will be in solution. If the collagen solution is highly concentrated, it gelled at 35 ⁰ or below. It is therefore necessary to slightly heat the solution to separate the dissolved collagen from the insoluble constituents until it becomes slightly liquid. If possible, this cannot be achieved at a temperature above 60 °. During the heating to this temperature, the last traces of the not yet dissolved collagen dissolve with mechanical stirring, and the whole thing can then be centrifuged to remove the elastin, hair residues and other insoluble components and then filtered through a cotton wool filter. The filtrate represents a *; clear, highly concentrated solution of collagen.

Wenn auch für Kollagen das vorteilhafteste Ausgangsprodukt Corium ist, da es den größten Kollagengehalt bei geringstem Gehalt an unlöslichenEven if it is the most beneficial starting product for collagen Corium is because it has the greatest collagen content with the lowest insoluble content

Bestandteilen besitzt, kann es doch infolge der Verteilung des Kollagens durch die gesamte tierische Haut wünschenswert sein, die ganze Haut zu zerkleinern, danach das Kollagen in verdünnter Säure zu lösen und von den unlöslichen Bestandteilen abzutrennen. Ein derartiges Verfahren extrahiert fast alles verfügbare Kollagen, wenn es auch in seinen letzten Stufen infolge der besonders großen Mengen an unlöslichen Bestandteilen von demIt may be due to the distribution of the collagen throughout the animal Skin may be desirable to shred the whole skin, then the collagen in dilute acid to dissolve and to separate from the insoluble constituents. Such a procedure is extracted almost all collagen available, albeit in its final stages as a result of the particularly large ones Amounts of insolubles of the

ίο obigen Verfahren etwas verschieden ist.ίο the above procedure is slightly different.

Die Konzentration der Kollagenlösung läßt sich auf den für das Spinnen geeigneten Gehalt durch Zufügen von weiteren Mengen verdünnter organischer Säure, wie sie zum Quellen und Lösen verwendet wird, bringen. Es empfiehlt sich, die Kollagenlösung auf eine Konzentration von 5 bis 15% Kollagen zu bringen, wenn auch Lösungen mit einem geringeren oder höheren Kollagengehalt sich verwenden lassen.The concentration of the collagen solution can be adjusted to the level suitable for spinning Addition of further amounts of dilute organic acid, such as those used for swelling and dissolving will bring. It is recommended that the collagen solution be reduced to a concentration of 5 to 15% Bringing collagen, albeit with solutions with a lower or higher collagen content let use.

so . Vor dem Verformen muß die Lösung von Luft befreit werden, damit infolge des Durchgangs von Luft durch die Spinndüse keine Fadenzerreißungen eintreten. Wenn die Kollagenlösung etwas über die Temperatur erhitzt wird, bei der sie geliert, undso. Before deforming, the solution must be freed of air, thus as a result of the passage of Air through the spinneret, no thread tears occur. If the collagen solution has anything about that The temperature at which it gels, and

as dabei Vakuum oder teilweises Vakuum angewendet wird, läßt sich die Luft aus der Lösung leicht entfernen. Die warme Lösung kann dann durch geeignete Vorrichtungen zu einer Spinndüse gepumpt werden, wie sie in der Kunstseidenindustrie üblich und für unseren Zweck gut brauchbar ist, und darauf in ein Fällbad eingebracht werden.As doing this, vacuum or partial vacuum is applied the air can be easily removed from the solution. The warm solution can then by suitable Devices are pumped to a spinneret, as is common in the rayon industry and is well usable for our purpose, and then placed in a precipitation bath.

Diese Art des Auspressens einer Lösung unterscheidet sich wesentlich von dem Auspressen eines Breies von gequollenem, nicht gelöstem Kollagen, das unlösliche Hautteile enthält. Eine derartige Methode besitzt keinerlei Vorteile, sondern nur Nachteile, da ziemlich große öffnungen zum Auspressen erforderlich sind und die entstandenen Fasergebilde hinsichtlich der Größe, der Festigkeit, und infolge ihres unterschiedlichen Kollagengehaltes nicht einheitlich sind.This way of squeezing out a solution differs significantly from squeezing one out Pulps of swollen, undissolved collagen containing insoluble parts of the skin. Such a one The method has no advantages, only disadvantages, as the openings are quite large for pressing out are required and the resulting fiber structures in terms of size, strength, and are not uniform due to their different collagen content.

Als Fällbäder sind starke Salzlösungen geeignet, z. B. eine 35 °/oige Lösung von Ammoniumsulfat mit so viel freiem Ammoniak, daß das pH 7,8 be-Strong salt solutions are suitable as precipitation baths, e.g. B. a 35% solution of ammonium sulfate with so much free ammonia that the pH is 7.8

+5 trägt, was dem isoelektrischen Punkt von Kollagen entspricht. Das freie Ammoniak wird für die Neutralisation der durch die Spinnlösung eingeführten organischen Säure benötigt. Ein anderes geeignetes Bad besteht aus 25 Gewichtsprozent Magnesiumsulfat, das mit Triäthanolamin auf p_H 7,8 gepuffert ist. Die Temperatur des Bades muß unabhängig von dem verwendeten Fällmittel auf 20 bis 30° gehalten werden.+5, which corresponds to the isoelectric point of collagen. The free ammonia is required for the neutralization of the organic acid introduced by the spinning solution. Another suitable bath consists of 25 percent by weight of magnesium sulfate, which is buffered with triethanolamine to p _H 7.8. The temperature of the bath must be kept at 20 to 30 °, regardless of the precipitant used.

Es wurde gefunden, daß sich Kollagenlösungen der obigen Konzentration in die Fällbäder aus Spinndüsen mit öffnungen von 50μ bis 1 mm, am besten von 75 bis 250 μ Durchmesser, auspressen lassen. Der Faden kann über mehrere Spinnräder, gewöhnlich Walzen genannt, geleitet werden, die mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit laufen, so daß der Faden gestreckt wird. Hierauf kann der Faden auf eine Drehspule aufgewickelt werden, die, falls erforderlich, eine weitere Streckung vollziehen kann. Brauchbare Fäden werden nach den obigen Ausführungen aus Spinndüsen mit öffnungen von 110μ im Durchmesser bei einer Geschwindigkeit von 80 m pro Minute gesponnen. Bei dieser Geschwindigkeit bleibt das ausgepreßte Material mit dem Fällbad nicht langer als 1 Sekunde in Berührung. It has been found that collagen solutions of the above concentration can be pressed into the precipitation baths from spinnerets with openings of 50 μm to 1 mm, preferably 75 to 250 μm in diameter. The thread can be passed over several spinning wheels, usually called rollers, which run at a higher peripheral speed, so that the thread is stretched. The thread can then be wound onto a rotating bobbin, which can be stretched further if necessary. Useful filaments according to the above embodiments from spinnerets with openings of 110 μ spun per minute in diameter at a speed of 80 m. At this speed, the pressed material does not stay in contact with the precipitation bath for longer than 1 second.

Das anhaftende Fällmittel läßt sich dann aus dem Faden durch Einführen in Wasser bei einer Temperatur unter der, bei der ein Aufweichen stattfindet, also unter 20°, herauswaschen. Der gewaschene Faden wird dann in warmer Luft, etwa Zimmertemperatur bis 6o°, erhitzt. Je niedriger die Temperatur ist, um so geringer ist die Schädigung des behandelten Materials.The adhering precipitant can then be removed from the thread by introducing it into water at a temperature wash out below the one where softening takes place, i.e. below 20 °. The washed one The thread is then heated in warm air, around room temperature to 60 °. The lower the temperature, the lower the damage to the treated material.

Falls ein Faden mit mehreren Einzelfäden hergestellt werden soll, kann eine Spinndüse mit vielen Löchern verwendet werden. Beim Spinnen auf Spulen wird der entstandene Faden gewaschen, getrocknet und dann gezwirnt. Es ist auch möglich, den Faden während des Spinnens zu zwirnen, indem der Faden in einem Zentrifugaltopf, wie bei den Viscosekunstseidespinntöpfen, aufgewickelt wird.If a thread is to be produced with several individual threads, a spinneret with many Holes are used. When spinning on bobbins, the resulting thread is washed, dried and then twisted. It is also possible to twist the thread while spinning, by winding the thread in a centrifugal pot, as in the case of the viscose silk pots will.

Solche Fäden können in Bädern, wie sie für die Gerbung von chirurgischen Nähten aus Därmen gewöhnlich verwendet werden, gegerbt werden, um den Grad der Aufsaugfähigkeit durch den Körper, die für das Fertigprodukt charakteristisch ist, abzustimmen. Such threads can be used in baths such as those used for the tanning of surgical sutures from intestines usually used, tanned, to increase the degree of absorbency by the body, which is characteristic of the finished product.

Es wurde bereits erwähnt, daß beim Verzwirnen der aus dem Fällbad kommenden, feuchten Einzelfäden, wenn diese feucht miteinander in Berührung bleiben, eine Vereinigung oder Kohäsion eintritt, so daß ein einheitlicher Faden aus Einzelfäden entsteht. Wenn also ein dicker zusammenhängender Faden aus einer Anzahl von.Einzelfäden gewünscht wird, ist es lediglich notwendig, die erforderliche Anzahl Einzelfäden in dem Fällbad zu verspinnen, sie miteinander in Berührung zu bringen und feucht zu halten, bis die Vereinigung stattgefunden hat. Auf diese Weise läßt sich jede Dicke oder Form eines Fadens oder Bandes einwandfrei herstellen.It has already been mentioned that when twisting the moist single threads coming from the felling bath, if they stay in contact with one another when they are moist, a union or cohesion occurs, so that a uniform thread is created from individual threads. So if a thick coherent Thread from a number of individual threads is desired, it is only necessary to select the required Spinning the number of single threads in the felling bath, bringing them into contact with one another and to keep moist until the union has taken place. This can be any thickness or shape of a thread or tape perfectly.

Durch Verwendung geeigneter Walzen kann dem gesponnenen Faden jede gewünschte Streckung verliehen werden. Natürlich beeinflußt das Maß der Streckung in hohem Maß den Grad der Aus- no richtung der Einzelfäden in dem erhaltenen Faden. Durch Strecken des Fadens um 700% unter Verwendung einer Kombination von Walzen, die eine steigende Umfangsgeschwindigkeit besitzen, wurde eine genügende Ausrichtung erhalten.By using suitable rollers, the spun thread can have any desired elongation be awarded. Of course, the degree of elongation greatly influences the degree of ausno direction of the individual threads in the thread obtained. By stretching the thread 700% using it a combination of rollers, which have an increasing peripheral speed, was get sufficient alignment.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Process for the production of collagen structures, in which collagen-containing substances are treated with organic acids before shaping, characterized in that the collagen-containing material, preferably kipskins, which has been pretreated and swollen with organic acids, is mechanically in the presence of a solution of organic acids at a temperature below 30 ⁰ until a true one emerges

Solution crushes the collagen solution after getting rid of insoluble matter and deformed by air in a precipitation bath and the structures may be washed, dried and twisted.

2. The method according to claim i, characterized in that the solution of the organic Acids has a pjj value of 2 to 4.

3. The method according to claim 2, characterized in that the coagulated structure is stretched by 700% after pressing.

4. The method according to the preceding claims, characterized in that the concentration the collagen-containing substance in the collagen solution is 5 to 15%.