PL229219B1 - Nanokompozyt hydrokoloidowy i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Abstract

Nanokompozyt hydrokoloidowy zawiera żelatynę i nanocząstki srebra. Ilość nanocząstek srebra wynosi od 5 do 100 mg/kg nanokompozytu hydrokoloidowego. Przedmiotem wynalazku są także sposoby otrzymywania tego nanokompozytu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest nanokompozyt hydrokoloidowy zawierający żelatynę i nanocząstki srebra metalicznego, który może być stosowany jako składnik opatrunków na rany, oraz sposób jego wytwarzania.

Opatrunek hydrokoloidowy może stanowić połączony z podłożem polimerowym chłonny, zdolny do pęcznienia hydrokoloid z zawieszoną w nim substancją aktywną, którą jest srebro nanokrystaliczne. Ma postać płytek przeznaczonych do ran powierzchniowych. W ranach głębokich i drążących może być stosowany bez podłoża polimerowego w formie pasty.

Zalety hydrokoloidów to: wilgotne środowisko w ranie, stała temperatura w ranie, pH ok. 6 zwiększające szybkość gojenia, zmniejszenie dostępu tlenu zmniejszające dolegliwości bólowe.

Podłożem polimerowym jest pianka poliuretanowa z zamkniętymi porami. Zamknięte pory polimeru gwarantują większą twardość materiału, która zależy również od gęstości. Określa się, że pianki poliuretanowe z zamkniętymi porami mają gęstość równą 0,032-0,048 g/cm³. Komórki lub pęcherzyki w piance z zamkniętymi porami przypominają napompowane balony i ułożone są kompaktowo. Dzięki temu materiał jest mocny i sztywny.

Srebro nanostrukturalne jest zawieszone w ośrodku żelującym, który jest prekursorem układu koloidalnego. Ośrodkiem żelującym jest żelatyna, czyli naturalny polimer białkowy. W 98-99% jest ona zbudowana z białek i peptydów. Jej najważniejszymi aminokwasami budulcowymi są glicyna, prolina i hydroksyprolina. Dodatkowo, występują w niej kwas glutaminowy, alanina, kwas asparginowy, lizyna, seryna, leucyna, walina, fenyloalanina, treonina, izoleucyna, hydroksylizyna, metionina histydyna i niewielka ilość tyrozyny.

W środowisku wodnym wiązania między włóknami kolagenowymi rozrywają się i tworzą łańcuchy peptydowe. Przemieszczając się grupują się w większe aglomeraty i tworzą układ koloidalny, czyli zol, który w odpowiednich warunkach temperaturowych przechodzi w żel.

Wiele zastosowań żelatyny bazuje na efekcie koloidalnym, jaki może wywołać. Dzięki adsorpcji łańcuchów peptydowych na powierzchni nanocząstek metali, żelatyna może działać jako efektywny czynnik stabilizujący. Zdyspergowane cząstki otoczone są wówczas warstwą zabezpieczającą przed ich aglomeracją i układ pozostaje stabilny w czasie.

Żelatyna charakteryzuje się licznymi właściwościami poprawiającymi ogólną kondycję zdrowotną. Wykazuje ona miejscowe działanie przeciwkrwotoczne, dzięki czemu może być stosowana w preparatach tamujących krwawienie. Dodatkowo, żelatyna łagodzi ból stawów kolanowych i niweluje ich sztywność.

Nanosrebro, dzięki swoim właściwościom, znajduje szerokie zastosowanie. Najbardziej znaną zaletą srebra nanocząsteczkowego jest jego aktywność antybakteryjna. Dzięki temu można je stosować w celach zwalczania drobnoustrojów, co przynosi niewątpliwe korzyści w szczególności w kosmetologii, medycynie i przemyśle spożywczym.

Przykładem może być tworzywo sztuczne impregnowane nanosrebrem, które wykorzystuje się jako plastikowe cewniki. Powłoka srebra nanocząsteczkowego działa antybakteryjnie i odkażająco. Przeprowadzone testy in vitro potwierdziły zahamowanie wzrostu warstwy bakteryjnej i utrzymanie tego efektu przez kolejne 72 godziny.

W opisie patentowym US0272542A1 opisany jest sposób wykorzystania biobójczych właściwości nanosrebra poprzez zastosowanie go w budownictwie. Materiały budowlane domieszkowane nanosrebrem w znacznie mniejszym stopniu są atakowane przez grzyby, czy glony.

Z opisu patentowego US0287112A1 znane są farby zawierające niewielkie (30 ppm) ilości nanocząstek srebra, stosowane do pokrycia powierzchni dachowych, izolacji, sidingów, obić domów itp., przez co zapewnione jest zhamowanie wzrostu mikroorganizmów na malowanych powierzchniach.

Znany jest, na przykład z opisu patentowego EP2590689A2, opatrunek hydrożelowy zawierający środek antymikrobiologiczny, jakim jest srebro w postaci jonowej. Zaletą wynalazku jest tworzenie warstwy przeciwdrobnoustrojowej w momencie zetknięcia z powierzchnią rany. Niedoskonałością produktu jest fakt, iż zawiera on jonową formę srebra (zdysocjowane sole srebra, np. azotan (V) srebra, chlorek srebra, jodek srebra i inne). Jony srebra wykazują aktywność antymikrobiologiczną, ale w przypadku walki z grzybami, metaliczne srebro nanometryczne działa efektywniej w zwalczaniu tych drobnoustrojów. Ponadto, nanosrebro metaliczne charakteryzuje się znacznie mniejszą toksycznością wobec tkanek ludzkich.

Według opisu patentowego US 0075818A1 rozpylanie nanosrebra na roślinach (cytrusy, zboże, drzewa oliwkowate) wpływa na ich szybszy wzrost naziemny oraz rozwinięcie dłuższych korzeni.

PL 229 219 B1

Z opisu patentowego CN101862470 znany jest bakteriostatyczny opatrunek hydrokoloidowy i sposób jego wytwarzania. Opatrunek składa się z warstwy hydrokoloidowej, filmu poliuretanowego oraz warstwy odrywanej. Sposób wytwarzania warstwy hydrokoloidowej polega na zmieszaniu substratu gumy medycznej, żelatyny, oleju mineralnego, antyoksydantu, celulozy karboksymetylosodowej, alginianu wapnia, lepiszcza, O-karboksymetylo chitozanu oraz suchego proszku nanosrebra do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny.

Nanokompozyt hydrokoloidowy zawierający żelatynę i nanocząstki srebra według wynalazku charakteryzuje się tym, że ilość nanocząstek srebra wynosi od 5 do 100 mg/kg nanokompozytu hydrokoloidowego.

Korzystnie cały nanokompozyt zawiera D-glukozę albo kwas askorbinowy. Nanokompozyt hydrokoloidowy powinien zawierać nie więcej niż 15% wilgoci.

Sposób wytwarzania nanokompozytu hydrokoloidowego zawierającego żelatynę i nanocząstki srebra według wynalazku charakteryzuje się tym, że roztwór wodny azotanu srebra miesza się z pierwszą porcją żelatyny w formie roztworu wodnego, gdzie stosunek objętościowy roztworu wodnego żelatyny do roztworu wodnego azotanu srebra wynosi od 0,25:1 do 1:1, albo dodaje się żelatynę w formie stałej w ilości od 1 do 50 g/dm³ roztworu wodnego azotanu srebra, następnie ustala się pH roztworu, po czym miesza się go z roztworem wodnym D-glukozy, gdzie stosunek molowy D-glukozy do jonów srebra wynosi od 1:1 do 10:1, albo z roztworem wodnym kwasu askorbinowego, gdzie stosunek molowy kwasu askorbinowego do jonów srebra wynosi od 1:1 do 9:1. Następnie taką mieszaninę ogrzewa się do temperatury nie wyższej niż 100°C, ciągle mieszając i dodaje się drugą porcję żelatyny w formie roztworu wodnego bądź w formie stałej, chłodzi do momentu utworzenia żelu żelatynowego i suszy. Później uzyskany produkt poddaje się obróbce w celu uzyskania płytek. Alternatywnie etap chłodzenia może zostać poprzedzony umieszczeniem mieszaniny w formach pozwalających na bezpośrednie otrzymanie tafli żelu żelatynowego poddawanego następnie suszeniu.

Korzystnie stężenie masowe roztworu wodnego żelatyny wynosi od 2 do 60 g/dm³, a stężenie roztworu wodnego azotanu srebra w przeliczeniu na jony srebra wynosi od 5 do 5000 mg/dm³.

Korzystnie wartość pH mieszaniny ustala się przy pomocy wodorotlenku sodu.

Korzystnie wartość pH wynosi od 4 do 12.

Korzystnie mieszaninę ogrzewa się do temperatury w zakresie od 40 do 90°C.

Korzystnie jako drugą porcję żelatyny wprowadza się żelatynę w formie stałej w ilości od 20 do 400 g/dm³ zawiesiny nanosrebra uzyskanej w pierwszym etapie.

Korzystnie jako drugą porcję żelatyny wprowadza się roztwór żelatyny o stężeniu od 20 do 400 g/dm³, przy czym stosunek objętościowy roztworu wodnego żelatyny do zawiesiny nanosrebra uzyskanej w pierwszym etapie wynosi 10:1 do 75:1.

Korzystnie mieszaninę chłodzi się do temperatury od 2 do 20°C.

Korzystnie produkt suszy się w temperaturze nie wyższej niż 100°C.

Korzystnie produkt suszy się w temperaturze od 20 do 80°C.

Przedmiotem wynalazku jest także alternatywny sposób wytwarzania nanokompozytu hydrokoloidowego zawierającego żelatynę i nanocząstki srebra charakteryzujący się tym, że do ogrzewanego roztworu żelatyny dodaje się zawiesinę nanosrebra w stosunku zawiesiny do roztworu żelatyny od 1:5000 do 1:5, mieszaninę chłodzi się do momentu utworzenia żelu żelatynowego i suszy. Później uzyskany produkt poddaje się obróbce w celu uzyskania płytek. Alternatywnie etap chłodzenia może zostać poprzedzony umieszczeniem mieszaniny w formach pozwalających na bezpośrednie otrzymanie tafli żelu żelatynowego poddawanego następnie suszeniu.

Korzystnie roztwór wodny żelatyny ogrzewa się do temperatury w zakresie od 40 do 95°C.

Korzystnie stężenie roztworu żelatyny wynosi od 20 do 400 g/dm³.

Korzystnie stężenie zawiesiny nanosrebra wynosi od 50 do 5000 mg/dm³.

Korzystnie cały proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu.

Korzystnie mieszaninę chłodzi się do temperatury od 2 do 20°C.

Korzystnie produkt suszy się w temperaturze nie wyższej niż 100°C.

Korzystnie produkt suszy się w temperaturze od 20 do 80°C.

Przedmiotem wynalazku jest także jeszcze jeden alternatywny sposób wytwarzania nanokompozytu hydrokoloidowego zawierającego żelatynę i nanocząstki srebra, charakteryzujący się tym, że stałą postać żelatyny natryskuje się zawiesiną nanosrebra, miesza się a następnie suszy, przy czym stosunek zawiesiny nanosrebra do żelatyny wynosi od 1:1 do 10:1. Później uzyskany produkt poddaje się obróbce w celu uzyskania płytek. Alternatywnie etap chłodzenia może zostać poprzedzony

PL 229 219 B1 umieszczeniem mieszaniny w formach pozwalających na bezpośrednie otrzymanie tafli żelu żelatynowego poddawanego następnie suszeniu. Korzystnie stężenie zawiesiny nanosrebra wynosi od 1 do 100 mg/dm³.

Korzystnie produkt suszy się w temperaturze nie wyższej niż 100°C.

Korzystnie produkt suszy się w temperaturze od 20 do 80°C.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

P r z y k ł a d 1

Do 10 cm³ roztworu azotanu srebra o stężeniu molowym 0,00927 mol/dm³ dodano mieszając 5 cm³ roztworu żelatyny o stężeniu masowym 20 g/dm³ i następnie 5 cm³ roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu molowym 0,1100 mol/dm³. Mieszaninę ogrzewano mieszając do temperatury 70°C i utrzymywano w niej przez 2 minuty otrzymując zawiesinę nanosrebra o stężeniu 500 mg/kg i o średnim rozmiarze cząstek 14 nm. Do otrzymanej zawiesiny nanosrebra dodano mieszając 1100 cm³ wodnego roztworu żelatyny o stężeniu 180 g/dm³. Mieszaninę utrzymywano w 70°C przez 5 minut, a następnie ochłodzono do temperatury 20°C i pozostawiono w niej przez 15 minut. Otrzymany żel żelatynowy zawierający nanocząstki srebra suszono w postaci cienkiej warstwy w temperaturze 80°C do momentu uzyskania produktu o zawartości wilgoci 10%. Uzyskano nanokompozyt hydrokoloidowy o zawartości srebra 50 mg/kg.

P r z y k ł a d 2

Do 10 cm³ roztworu azotanu srebra o stężeniu molowym 0,00927 mol/dm³ dodano mieszając 5 cm³ roztworu żelatyny o stężeniu masowym 40 g/dm³ i następnie przy pomocy wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ ustalono pH mieszaniny 9. Następnie dodano 5 cm³ roztworu D-glukozy o stężeniu molowym 0,1000 mol/dm³. Mieszaninę ogrzewano mieszając do temperatury 70°C i utrzymywano w niej przez 1 minutę otrzymując zawiesinę nanosrebra o stężeniu 500 mg/kg i o średnim rozmiarze cząstek 18 nm. Następnie, w temperaturze 70°C do powstałej zawiesiny dodano mieszając 1000 cm³ wodnego roztworu żelatyny o stężeniu 250 g/dm³. Mieszaninę utrzymywano w ustalonej temperaturze przez 5 minut, a następnie ochłodzono do temperatury 5°C i pozostawiono w niej przez 5 minut. Żel żelatynowy zawierający nanocząstki srebra suszono w temperaturze 80°C do momentu uzyskania produktu o zawartości wilgoci 10%. Uzyskano nanokompozyt hydrokoloidowy o zawartości srebra 40 mg/kg.

P r z y k ł a d 3

Do 100 cm³ roztworu azotanu srebra o stężeniu molowym 0,0001 mol/dm³ dodano mieszając 50 cm³ roztworu żelatyny o stężeniu masowym 0,4 g/dm³ i następnie 50 cm³ roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu molowym 0,0006 mol/dm³. Mieszaninę ogrzewano mieszając do temperatury 70°C i utrzymywano w niej przez 1 minutę otrzymując zawiesinę nanosrebra o średnim rozmiarze cząstek srebra 10 nm. Do otrzymanej zawiesiny dodano ciągle mieszając 75 g żelatyny. Mieszaninę ochłodzono, a otrzymany żel żelatynowy zawierający nanocząstki srebra poddano suszeniu w temperaturze 60°C do momentu uzyskania produktu o zawartości wilgoci 10%. Uzyskano nanokompozyt hydrokoloidowy o zawartości srebra 15 mg/kg.

P r z y k ł a d 4

Do 500 cm³ wodnego roztworu żelatyny o stężeniu 150 g/dm³ ogrzanego do temperatury 70°C dodano 5 cm³ wodnej zawiesiny nanosrebra o stężeniu 500 ppm. Mieszaninę ochłodzono do temperatury 5°C, w której zaobserwowano utworzenie się żelu żelatynowego. Produkt poddano suszeniu w temperaturze 80°C w celu usunięcia wilgoci do poziomu poniżej 15%. Otrzymano nanokompozyt hydrokoloidowy o zawartości srebra 30 mg/kg.

P r z y k ł a d 5

Do 500 cm³ wodnego roztworu żelatyny o stężeniu 300 g/dm³ ogrzanego do temperatury 70°C dodano 5 cm³ wodnej zawiesiny nanosrebra o stężeniu 500 ppm. Mieszaninę ochłodzono do temperatury 20°C, w której zaobserwowano utworzenie się żelu żelatynowego. Produkt poddano suszeniu w temperaturze 80°C w celu usunięcia wilgoci do poziomu poniżej 15%. Otrzymano nanokompozyt hydrokoloidowy o zawartości srebra 15 mg/kg.

P r z y k ł a d 6

Na 100 g żelatyny metodą natryskową rozprowadzono 500 cm³ zawiesiny nanosrebra o stężeniu 10 ppm. Po ujednorodnieniu mieszaninę poddano suszeniu w temperaturze 50°C w celu usunięcia wilgoci do poziomu poniżej 15%. Otrzymano nanokompozyt hydrokoloidowy o zawartości srebra 50 mg/kg.

Claims (25)

1. Nanokompozyt hydrokoloidowy zawierający żelatynę i nanocząstki srebra, znamienny tym, że ilość nanocząstek srebra wynosi od 5 do 100 mg/kg nanokompozytu hydrokoloidowego.

2. Nanokompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera D-glukozę albo kwas askorbinowy.

3. Sposób wytwarzania nanokompozytu hydrokoloidowego zawierającego żelatynę i nanocząstki srebra, znamienny tym, że roztwór wodny azotanu srebra miesza się z pierwszą porcją żelatyny w formie roztworu wodnego, gdzie stosunek objętościowy roztworu wodnego żelatyny do roztworu wodnego azotanu srebra wynosi od 0,25:1 do 1:1, albo dodaje się żelatynę w formie stałej w ilości od 1 do 50 g/dm³ roztworu wodnego azotanu srebra, następnie ustala się pH roztworu, po czym miesza się go z roztworem wodnym D-glukozy, gdzie stosunek molowy D-glukozy do jonów srebra wynosi od 1:1 do 10:1, albo z roztworem wodnym kwasu askorbinowego, gdzie stosunek molowy kwasu askorbinowego do jonów srebra wynosi od 1:1 do 9:1, po czym taką mieszaninę ogrzewa się do temperatury nie wyższej niż 100°C, ciągle mieszając i dodaje się drugą porcję żelatyny w formie roztworu wodnego bądź w formie stałej, chłodzi do momentu utworzenia żelu żelatynowego i suszy.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stężenie masowe roztworu wodnego żelatyny wynosi od 2 do 60 g/dm³, a stężenie roztworu wodnego azotanu srebra w przeliczeniu na jony srebra wynosi od 5 do 5000 mg/dm³.

5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że wartość pH mieszaniny ustala się przy pomocy wodorotlenku sodu.

6. Sposób według zastrz. 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że wartość pH wynosi od 4 do 12.

7. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 6, znamienny tym, że mieszaninę ogrzewa się do temperatury w zakresie od 40 do 90°C.

8. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 7, znamienny tym, że jako drugą porcję żelatyny wprowadza się żelatynę w formie stałej w ilości od 20 do 400 g/dm³ zawiesiny nanosrebra uzyskanej w pierwszym etapie.

9. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 7, znamienny tym, że jako drugą porcję żelatyny wprowadza się roztwór żelatyny o stężeniu od 20 do 400 g/dm³, przy czym stosunek objętościowy roztworu wodnego żelatyny do zawiesiny nanosrebra uzyskanej w pierwszym etapie wynosi 10:1 do 75:1.

10. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 9, znamienny tym, że cały proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu.

11. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 10, znamienny tym, że mieszaninę chłodzi się do temperatury od 2 do 20°C.

12. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 11, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze nie wyższej niż 100°C.

13. Sposób według dowolnego z zastrz. od 3 do 12, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze od 20 do 80°C.

14. Sposób wytwarzania nanokompozytu hydrokoloidowego zawierającego żelatynę i nanocząstki srebra, znamienny tym, że do ogrzewanego roztworu żelatyny dodaje się zawiesinę nanosrebra w stosunku zawiesiny do roztworu żelatyny od 1:5000 do 1:5, mieszaninę chłodzi się do momentu utworzenia żelu żelatynowego i suszy.

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że roztwór wodny żelatyny ogrzewa się do temperatury w zakresie od 40 do 95°C.

16. Sposób według zastrz. 14 albo 15, znamienny tym, że stężenie roztworu żelatyny wynosi od 20 do 400 g/dm³.

17. Sposób według zastrz. 14 albo 15 albo 16, znamienny tym, że stężenie zawiesiny nanosrebra wynosi od 50 do 5000 mg/dm³.

18. Sposób według dowolnego z zastrz. od 14 do 17, znamienny tym, że cały proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu.

19. Sposób według dowolnego z zastrz. od 14 do 17, znamienny tym, że mieszaninę chłodzi się do temperatury od 2 do 20°C.

20. Sposób według dowolnego z zastrz. od 14 do 18, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze nie wyższej niż 100°C.

PL 229 219 B1

21. Sposób według dowolnego z zastrz. od 14 do 19, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze od 20 do 80°C.

22. Sposób wytwarzania nanokompozytu hydrokoloidowego zawierającego żelatynę i nanocząstki srebra, znamienny tym, że stałą postać żelatyny natryskuje się zawiesiną nanosrebra, miesza się a następnie suszy, przy czym stosunek zawiesiny nanosrebra do żelatyny wynosi od 1:1 do 10:1.

23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że stężenie zawiesiny nanosrebra wynosi od 1 do 100 mg/dm³.

24. Sposób według zastrz. 22 albo 23, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze nie wyższej niż 100°C.

25. Sposób według zastrz. 22 albo 23 albo 24, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze od 20 do 80°C.