FI77678B - Foerfarande foer framstaellning av en formad produkt av kollagen genom syneresis. - Google Patents

Description

1 77678

Menetelmä muotoillun tuotteen valmistamiseksi kollageenista synereesin avulla Förfarande för framställning av en formad produkt av kollagen genom syneresis

Keksintö kohdistuu menetelmään muotoillun tuotteen valmistamiseksi kollageenista synereesin avulla.

Tunnetaan useita erilaisia muotoiltuja tuotteita, jotka koostuvat pääasiassa kollageenista. Ne ovat esim. letkumaisia tuotteita, kuten makkaran päällyksiä, nauhamaisia tai lanka-maisia tuotteita, kuten ompeleita (sutuuria), sienimäisiä tai huopamaisia tuotteita, kuten lääki ntätampone ja, ja teippejä sekä levymäisiä tuotteita, jotka ovat käyttökelpoisia useissa sovellutuksissa.

Kollageenista muotoiltu tuote valmistetaan tahnamaisesta seoksesta, joka on valmistettu hienojakoisista sidekudossäikeistä, jotka sisältävät kollageenia, kuten eläimen ihosta tai jänteistä ja/tai liuenneesta kollageenista tai lisäämällä yhtä tai useampaa säikeistä materiaalia, proteiineja, polysakkarideja ja synteettisiä, suurimolekyylisiä aineita kollageeniseen aineeseen. Tuote saadaan märkämenetelmällä suulakepuristamalla seosta suolaliuokseen tai elektrokemiallisella menetelmällä, kuten sähkösaostuksella.

Märkä- tai elektrokemiallisella menetelmällä valmistettu märkä kollageenista muotoiltu tuote on usein hyvin pehmeä, koska se sisältää runsaasti vettä. Vähintään 95 % tuotteesta on vettä. Tuotteen alhainen paineenkestävyys aiheuttaa paljon vaikeuksia sen kuivattamisessa, varsinkin jos se on letkumainen tuote, joka kuivataan puhaltamalla ilmaa sen sisään. Lisäksi tarvitaan paljon energiaa ja vastaavan suuruinen laitteisto poistamaan runsaasti vettä tuotteesta.

2 77678 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jonka avulla valmistetaan entistä parempilaatuinen muotoiltu tuote kollageenista.

Toinen tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada menetelmä, joka suuresti parantaa kollageenista muotoillun tuotteen valmi s tus tehokkuutta.

Nämä päämäärät saavutetaan menetelmällä, johon kuuluu ristisi-doksia muodostavan (crosslinking) aineen käyttäminen seoksessa, jota muotoillaan tai muotoillussa tuotteessa, muotoillun tuotteen jäädyttäminen ja sen sulattaminen. Ristisidoksia muodostava aine voi olla luonnonaine tai synteettinen, risti-sidoksia muodostava aine, joka reagoi kollageenin aminoryhmän kanssa, esim. formaldehydi, glutaraldehydi, glyoksaali, di-aldehydi-tärkkelys tai nestemäinen savu. Tuotteen jäädyttäminen tekee ristisidoksia muodostavan reaktion mahdolliseksi. Tämän keksinnön mukaisesti on mahdollista valmistaa synereesin avulla sitkeä muotoiltu tuote kollageenista märässä muodossa, jollainen ei sisällä tai absorboi paljon vettä tai kuivassa muodossa.

Märkämenetelmää käytettäessä ristisidoksia muodostava aine voidaan lisätä koagulanttiin, kun tahnamaista seosta muotoillaan. Vaihtoehtoisesti on mahdollista lisätä ristisidoksia muodostava aine hyytymisen jälkeen ruiskuttamalla liuosta muotoillun tuotteen päälle tai kastamalla se tällaiseen liuokseen tai käsittelemällä sitä ko. liuoksen höyryllä tai kaasulla. Tämän jälkeen tuote jäähdytetään lämpötilassa - 5 °C ...-40 °c ja sulatetaan. Elektrokemiallista menetelmää käytettäessä muotoiltu tuote käsitellään ristisidoksia muodostavalla aineella, jäädytetään ja sulatetaan.

Tämän keksinnön mukaisen menetelmän mukaan veden erottuminen edistyy ristisidoksia muodostavan aineen lisäyksen ja muotoillun tuotteen jäädyttämisen aikana, ja se tapahtuu välittömästi sulatettaessa. Vaikka tämän ilmiön syy jää vielä selittämättä, on todennäköistä, että kollageenin aminoryhmän "lukitseminen" I! 3 77678 ristisidoksia muodostavalla aineella alentaa kollageenin hyd-rofiilisyyttä ja siten edistää veden erottumista siitä, ja veden useiden kymmenien prosenttien erottuminen muotoillusta tuotteesta sen jäätymisen edetessä aiheuttaa ristisidosten välisen etäisyyden lyhenemisen ja tekee siten mahdolliseksi tehokkaamman ristisidosten muodostumisen.

Joka tapauksessa runsaan vesimäärän erottuminen tämän keksinnön mukaisen menetelmän avulla tekee mahdolliseksi saada sitkeä kollageenista muotoiltu tuote märkämuodossa, jollainen ei sisällä tai absorboi huomattavaa määrää vettä, ja jota voidaan käyttää tarkoituksesta riippuen märkämuodossa. Vaikka tämän keksinnön mukaisesti synereesin avulla muotoiltu tuote on usein letkun, kalvon, nauhan tai langan muodossa, menetelmää voidaan käyttää myös tuotteen muotoilemiseksi ohuen kalvon tai kuidun muotoon. Siten tämän keksinnön mukainen menetelmä tekee mahdolliseksi muotoiltujen tuotteiden valmistuksen, jotka eivät ainoastaan ole erinomaisia ominaisuuksiltaan, mutta jotka ovat käytettävissä myös useissa erityismuodoissa. Tämä keksintö tekee mahdolliseksi koagulointiin ja vedellä pesuun tarvittavan ajan voimakkaan lyhentämisen, kun muotoiluun käytetään märkämenetelmää.

Lisäksi tämän keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun kuivan muotoillun tuotteen laajakulmaröntgendiffraktio ei osoita kiteistä rakennetta, vaan vahvistaa, että tuotteella on hyvin korkea affiniteetti värjäävään aineeseen, jolla on tilaa vievä rakenne, kuten erytrosiinilla. Kuitenkin sellaisella muotoillulla tuotteella, joka on valmistettu käsittelemällä ristisidoksia muodostavalla aineella ja kuivaamalla ilman jäädytystä, on kiteinen rakenne ja sen affiniteetti tilaa vievän rakenteen omaavaan värjäävään aineeseen on alhainen.

Tämän keksinnön mukaisesti on mahdollista käyttää lisäksi ristisidoksia muodostavaa ainetta, joka ei ole reaktiivinen kollageenin aminoryhmän kanssa, esim. alunaa.

4 77678

Keksintö kuvataan nyt yksityiskohtaisesti esittämällä siitä useita esimerkkejä.

Esimerkki 1 Häränvuodan tuore verinahka, josta karvat oli poistettu, lei-keltiin 10 cm kokoisiksi neliömäisiksi palasiksi ja palaset upotettiin kymmeneksi päiväksi liuokseen, joka sisälsi kaksi osaa 0,4 % kalkkimaitoa yhtä verinahan osaa kohti. Tällä tavoin käsitelty materiaali pestiin vedellä ja neutraloitiin suolahapolla. Sitten materiaali puhdistettiin upottamalla se viideksi tunniksi liuokseen, joka sisälsi kaksi osaa 1 % ammo-niumkloridin vesiluosta yhtä verinahan osaa kohti, ja pesemällä se juoksevassa vedessä. Puhdistettu materiaali jauhettiin lihamyllyssä, jonka levyn reikien halkaisija oli 1 mm, jolloin saatiin kollageenisäikeet.

Vesisuspensio, joka sisälsi kiinteänä pitoisuutena verinahkaa 8,0 % ja natriumhydroksidia pitoisuutena 3,0 %, valmistettiin 20 painoprosenttista kollageenisäiemateriaalia, ja se pidettiin + 20 °C tai - 1 °C lämpötilassa kaksi päivää. Tämä käsittely liuotti kollageenin ja muodosti siitä emulsion. Emulsioon lisättiin suolahappoa alle 20 °C lämpötilassa, jotta sen pH-arvo alentuisi 4,0:aan ja aiheuttaisi säikeisen kasautuman saostumisen, ja kasautuma dehydroitiin. Kollageenisäikeiden loppuosa (80 paino-prosenttia) lisättiin dehydroituun tuotteeseen. Niitä turvotettiin sitruunahapon vesiliuoksessa, jonka pH-arvo oli 3,0 kiinteän verinahan pitoisuuden ollessa 3,5 % ja se sekoitettiin homogeenisen seoksen saamiseksi. Homogeeninen seos laitettiin Manton Gaulin-tyyppiseen homogenisaatto-riin, jolloin muodostui tahnamainen seos.

Tahnamainen seos suulakepuristettiin koagulointiliuokseen rengasmaisen suukappaleen läpi, jossa oli pari suulaketta, joiden suuttimien välinen etäisyys oli 0,5 mm ja halkaisija 17 mm ja jotka pyörivät keskenään vastakkaisiin suuntiin. Koagu-lointiliuos oli 20 % suolaliuos, joka sisälsi 1000 ppm glutar-aldehydiä. Sen pH oli säädetty 9,5:een natriumhydroksidilla ja

II

5 77678 sen lämpötila oli 20 °C. Suulakepuristetun letkun pH-arvo oli 3,6 ja se jätettiin koagulointiliuokseen 20 minuutiksi, kunnes sen pH-arvo nousi 9,Oraan.

Kun letkua oli pesty juoksevalla vedellä 10 minuuttia, se pantiin välittömästi jäädytyslaitteeseen, jonka lämpötila oli -20 °C ja sitä pidettiin jäätyneenä 5 tuntia. Letkun vesipitoisuus oli 96 % ja puhkaisulujuus 600 mm Aq/cm2 ennen jäädyttämistä. Jäädyttämisen ja sulattamisen jälkeen sen vesipitoisuus oli 75 %. Tämä merkitsee, että absoluuttisesta vesimäärästä on poistunut 88 S siitä, minkä letku sisälsi ennen jäädyttämistä. Letkun jäädyttäminen ja sulattaminen lisäsi sen paineenkestoa 1500 mm Aq/cm2 reen. Letku ei osoittanut olennaista painonmuutossa, kun sen annettiin absorboida vettä 60 minuuttia. Märkä letku täytettiin makkaramassalla, kuivattiin 75 °C:ssa 20 minuuttia ja keitettiin 80 °C:ssa 20 minuuttia makkaran valmistamiseksi. Makkara kypsennettiin paistinpannulla, eikä letku rikkoutunut.

Tämän keksinnön mukainen menetelmä osoitti erinomaisia tuloksia ei ainoastaan märkien letkujen, vaan myös kuivien letkujen valmistamisessa. Vaikka tavanomaisin menetelmin ilman jäädyttämistä valmistetu letku tarvitsi 20 minuuttia kuivaakseen, tämän keksinnön mukaisella menetelmällä, johon kuuluu jäädyttäminen, letkun kuivaaminen kesti ainoastaan 2 minuuttia. Tämän keksinnön mukaisesti ei ollut tarpeen käyttää selluloosaa tai muuta ainetta estämään letkun kutistumista kuivauksen aikana. Lisäksi jäädyttämällä saavutettu letkun lujuuden paraneminen teki mahdolliseksi kuivan letkun seinämän paksuuden ohentamisen 25 mikroniin, kun aikaisemmin tunnetun tekniikan puitteissa oli mahdotonta ohentaa seinämän paksuutta alle noin 40 mikronin. Tämä seinämän paksuuden oheneminen teki mahdolliseksi makkaranpäällysten valmistamisen, jotka olivat kiertei-syydessä ja maussa lähempänä luonnollisesta suolesta valmistettua päällystä. Tämän keksinnön mukainen kuiva letku täytettiin makkaramassalla, ja sitä voitiin keittää 80 °C:ssa 20 minuuttia ilman sen halkeamista, vaikka sitä ei oltu kuivattu tai savustettu.

6 77678

Esimerkki 2

Esimerkin 1 valmistusmenetelmät toistettiin tahnamaisen seoksen valmistamiseksi. Se suulakepuristettiin aukon läpi, jonka halkaisija oli 0,5 mm koagulointil luokseen, joka sisälsi 2 % kaliumalunaa ja 20 % suolaa ja jonka pH-avo oli 4,5 lankamai-sen tuotteen muodostamiseksi. Sen annettiin jähmettyä 10 minuuttia ja sitä pestiin juoksevalla vedellä 10 minuuttia. Saadun tuotteen vesipitoisuus oli 96 %, sen kestävyys oli heikko ja sitä oli vaikea kuivata. Tämän jälkeen sitä pidettiin jäädytettynä 24 tuntia pakastimessa, jonka lämpötila oli -25 °C. Kun tuote sulatettiin, sen vesipitoisuus oli 92 % ja kiinteän suolan pitoisuus oli 1,3 %. Tuotteen annettiin imeä itseensä vettä 60 minuuttia, jolloin sen paino lisääntyi 50 %.

Toinen lankamainen tuote kastettiin 1 % glyoksaali 1 luokseen välittömästi (10 sekunnin kuluessa) suulakepuristamisen jälkeen, ja jätettiin siihen minuutiksi. Sitten sitä pidettiin jäätyneenä - 15 °C lämpötilassa 20 tuntia. Kun se sulatettiin, sen vesipitoisuus oli 80 % ja kiinteän suolan pitoisuus oli 2 %. Sen annettiin imeä itseensä vettä 60 minuuttia, jolloin sen paino lisääntyi 10 %. Tämä tuote oli sitkeä ja se tarvitsi kuivumiseensa ainoastaan puolet ajasta verrattuna tuotteeseen, joka oli jäädytetty ilman glyoksaalikäsittelyä. Tuotteen käsittely ennen jäädyttämistä mahdollisti jähmettymisajan huomattavan lyhentymisen ja pesuvaiheen pois jättämisen. Välittömästi suulakepuristamisen jälkeen tai kun sen oli annettu jähmettyä 10 sekuntia suulakepuristamisen jälkeen, tuotteen kiinteän suolan pitoisuus oli 40 %.

Esimerkki 3

Esimerkin 1 valmistusmenetelmät toistettiin hienojakoisten kollageenisäikeiden valmistamiseksi. Ne käytettiin tahnamaisen seoksen muodostamiseen, jonka kiinteän verinahan pitoisuus oli 0,6 % ja pH-arvo 3,6 ja joka sisälsi 0,02 % propyleeniglykoli-alginaattia, mutta ei sisältänyt liuennutta kollageenia. Tah-

II

7 77678 namaisesta seoksesta poistettiin kaasu huolellisesti ja pari yhdensuuntaisia ruostumattomasta teräksestä olevia levyelek-trodeja, joiden välinen etäisyys oli 5 cm, sijoitettiin seokseen. Elektrodien välille muodostettiin 50 V:n tasavirtajännite 85 sekunniksi 20 °C:ssa ja katodilla näin muodostunutta märkää kollageenikerrosta poistettiin jatkuvasti, jolloin saatiin levymäiseksi muotoiltua tuotetta, jonka paksuus oli noin 1...2 mm. Tuotteen vesipitoisuus oli 98 % ja se oli pehmeää ja heikkoa.

Muotoiltu tuote kastettiin minuutiksi liuokseen, joka sisälsi 500 ppm gl ut ar ai dehydi ä ja jäädytettiin lämpötilassa - 10 °C 18 tunniksi. Sulattamisen jälkeen tuote oli sitkeä levy, jonka paksuus oli noin 0,1...0,2 mm ja vesipitoisuus 80 %. Kun sen annettiin imeä itseensä vettä 60 minuuttia, sen paino lisääntyi 10 %. Se oli helppo kuivata kuivaksi levyn muotoiseksi, muotoilluksi tuotteeksi, jonka paksuus oli 20 mikronia.

Esimerkki 4

Esimerkin 1 valmistusmenetelmät toistettiin hienojakoisten kollageenisäikeiden valmistamiseksi. 4 litraa natriumhydroksi-diliuosta, jonka pH oli 11, ja 2,5 litraa vesiliuosta, joka sisälsi 57 g natriumpolyakrylaattia ja 15 g polyvinyylimetyy-lieetterin ja malei inihappoanhydridin sekapolymeeriä, lisättiin 1 kgsaan kollageenisäikeitä. Säikeet oli huolellisesti hajoitettu homogenisaattorilla tahnamaisen seoksen valmistamiseksi. Tahnamainen seos suulakepuristettiin aukon läpi, jonka leveys oli 0,5 mm, 20 %:iseen alumi inisul faattiliuokseen ja sen annettiin jähmettyä 10 minuuttia. Jähmettynyttä seosta pestiin juoksevalla vedellä 5 minuuttia, jolloin saatiin nauhan muotoon muotoiltu tuote. Tuotteen vesipitoisuus oli 95 %. Makkaran valmistuksessa käytettävää nestemäistä savua ruiskutettiin tuotteeseen minuutin ajan, ja tuote jäädytettiin lämpötilassa -30 °C 20 tunniksi. Kun tuote sulatettiin, sen vesipitoisuus oli 80 %, ja kun sen oli annettu imeä itseensä vettä 60 minuuttia, sen paino oli lisääntynyt 10 %. Jäädytetty 8 77678 tuote tarvitsi vain yhden viidesosan siitä ajasta, jonka jää-dyttämätön tuote tarvitsi kuivuakseen, ja siitä saatiin ohut ja sitkeä, nauhan muodossa oleva tuote.

Esimerkki 5

Tahnamainen seos, joka oli valmistettu esimerkin 1 valmistusmenetelmän mukaisesti, suulakepurist ett i in koagulointiliuok-seen rengasmaisen suukappaleen läpi, jonka suuttimen leveys oli 0,7 mm ja halkaisija 25 mm, ja jossa oli sisä- ja ulko-osat, jotka oli sovitettu pyöritettäviksi keskenään vastakkaisiin suuntiin. Liuoksen pH-arvo oli 4,5 ja se sisälsi 1,5 % kai iumalunaa, 30 % makkaran nestemäistä savua ja 20 % suolaa. Puristetun tuotteen annettiin jähmettyä 8 minuuttia ja sitä pestiin juoksevalla vedellä 5 minuuttia, jolloin saatiin let-kumainen tuote. Sen vesipitoisuus oli 95 % ja puhkaisulujuus 500 mm Aq/cm^. Tuote jäädytettiin lämpötilassa -10 °C 20 tunniksi. Kun se oli sulatettu, sen vesipitoisuus oli 85 %. Kun sen annettiin imeä itseensä vettä 60 minuuttia, sen paino lisääntyi 20 % ja sen paineenkesto oli 1200 mm Aq/cm^. Sen kuivuminen tarvitsi ainoastaan 1/8 jäädyttämättömän tuotteen tarvitsemasta ajasta. Syntynyt kuiva letkumainen tuote, jonka seinämän paksuus oli 25 mikronia, täytettiin makkaramassalla ja kuivattiin 75 °C:ssa 30 minuuttia. Sitten se savustettiin 60 °Cjssa 45 minuuttia savustamossa makkaran valmistamiseksi. Sillä oli tyydyttävä savun väri ja se voitiin paistaa runsaassa öljymäärässä ilman, että se kutistui paljoakaan.

Esimerkki 6

Esimerkin 3 valmistusmenetelmät toistettiin levymäiseksi muotoillun tuotteen, jonka paksuus oli noin 1...2 mm, valmistamiseksi katodilla olevasta märästä kollageenikerroksesta. Sitä savustettiin kirsikkapuun savulla 70 °C:ssa 2 minuuttia ja se jäädytettiin -10 °C:ssa 18 tunniksi. Kun se oli sulatettu, se muodosti sitkeän levyn, jonka paksuus oli noin 0,1...0,2 mm. Se kuivattiin, jolloin saatiin levymäinen tuote, jonka paksuus oli 20 mikronia.

Il β 77678

Vertai luesimerkki

Kuiva letkumainen tuote, jonka seinämän paksuus oli 25 mikronia, joka oli valmistettu esimerkin 5 valmistusmenetelmien mukaisesti, täytettiin makkaramassalla makkaran valmistamiseksi. Sitä kuivattiin 75 °C:ssa 20 minuuttia ja keitettiin höyryssä 75 °C:ssa 30 minuuttia. Keitetty tuote kastettiin minuutiksi 1 % liuokseen, joka sisälsi yhtä suuret osat erytro-siinia ja norbiksiiniä 70 °Csssa, jolloin saatiin heleän värinen makkara.

Letkumaisen tuotteen, joka oli valmistettu puristamalla rengasmaisen suukappaleen läpi, annettiin jähmettyä 8 minuuttia ja pestiin 5 minuuttia esimerkin 5 menetelmiin mukaisesti, kuivattiin välittömästi kuumalla ilmalla ilman jäädyttämistä. Se täytettiin makkaramassalla, kuivattiin 75 °C:ssa 20 minuuttia ja kypsennettiin höyryllä 75 °C:ssa 30 minuuttia makkaran valmistamiseksi. Se kastettiin minuutiksi 1 % liuokseen, joka sisälsi erytrosiinia ja norbiksiiniä 70 °C:ssa. Se ei kuitenkaan värjäytynyt tyydyttävästi, vaan oli kokonaisuudessaan kellertävä. Laajakulmaröntgendiffraktio tästä tuotteesta paljastaa kiteytymispiikin 4,6 Ä:ssa, mikä johtuu vierekkäisten kollageenimolekyylien pintaetäisyydestä, ja 2,8 Ä:ssa, mikä johtuu toistuvista aminohappotähteistä.

Kuivan letkumaisen tuotteen, joka oli valmistettu esimerkin 5 valmistusmenetelmien mukaisesti ja jonka seinämän paksuus oli 25 mikronia, samanlainen laajakulmaröntgendiffraktio vahvisti kaikkien tällaisten kiteytymispiikkien puuttumisen ja amorfisen rakenteen olemassaolon. Tämä ero on yhtäpitävä tilaa vievän värjäävän aineen, kuten erytrosiinin absorboi tavuuseron kanssa.

Lampaan luonnonsuoli, jota oli pitkään käytetty makkaran päällyksenä, osoitti visuaalisessa värjäyskokeessa olevansa verrattavissa tämän keksinnön tuotteeseen. Sen laajakulmarönt-gendiffraktio varmisti kiteytymispiikin puuttumisen 4,6 Ä:ssa.

Claims (5)

10 77678

1. Menetelmä muotoillun kollageenituotteen valmistamiseksi märkämenetelmällä tai elektrokemiallisella menetelmällä tahna-maisesta seoksesta# joka käsittää kollageenisen aineen tai sen seoksen toisen suurimolekyylisen aineen kanssa# tunnet-t u siitä# että tahnamainen seos muotoillaan tietyn muotoiseksi tuotteeksi# muotoiltu tuote käsitellään ristisidoksia muodostavalla aineella, muotoiltu tuote jäädytetään ja sulatetaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä# tunnettu siitä# että käsittely ristisidoksia muodostavalla aineella suoritetaan sillä hetkellä kun tahnamaisesta seoksesta muotoillaan tietyn muotoinen tuote tai välittömästi tämän jälkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä# tunnettu siitä, että mainittu seos käsittää kollageenisäi-keitä# jotka on saatu hajoittamalla kollageenia sisältävää sidekudosta hienoksi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä# tunnettu siitä, että mainittu seos sisältää lisäksi liuennutta kollageenia.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä# että mainittu seos sisältää lisäksi vähintään yhtä ainetta# joka voi olla luonnonkuitua# synteettistä kuitua# proteiinia# merileväuutettä, polysakkarideja tai synteettistä, vesiliukoista suurimolekyylistä ainetta. Il