PL240942B1 - Membrana z organicznego materiału o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych oraz sposób jej otrzymywania - Google Patents

Description

PL 240 942 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest membrana z organicznego materiału o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych, przeznaczona zwłaszcza do budowy aparatury medycznej oraz sposób jej otrzymywania.

Materiały o właściwościach porotwórczych wykorzystywane są do wytwarzania membran selektywnych, czyli takich, które przepuszczają jedynie cząstki o określonej wielkości. Z takich materiałów wytwarza się między innymi membrany do zastosowania przy produkcji przedmiotów codziennego użytku, takich jak: namioty, kurtki, filtry, ale także membrany osmotyczne mające zastosowanie w medycynie: w filtrach do terapii nerkozastępczej oraz w oksygenatorach do utlenowania krwi.

Najpopularniejszym, wysoko zaawansowanym technologicznie - w zastosowaniach niemedycznych - materiałem porotwórczym (stosowanym na przykład do produkcji kurtek), z którego wykonywane były membrany jest poli(tetrafluoroetylen).

Natomiast w zastosowaniach medycznych, to jest do budowy aparatury medycznej, z dotychczasowego stanu techniki znane są membrany, w tym porowate membrany stosowane w aparaturze mającej bezpośredni kontakt z płynami ustrojowymi, wykonywane z różnych materiałów.

Na przykład z opisu patentowego PL225257 znany jest układ membranowy do miejscowej immobilizacji komórek eukariotycznych, posiadający suport oraz co najmniej jedną biwarstwę, utworzoną z kolejno z jednej warstwy polielektrolitu obejmującej hydrożele polisacharydowe, zwłaszcza alginian sodu zawierający w swej strukturze inkorporowany fulerenol oraz proteinę a, charakteryzujący się tym, że pierwsza warstwa jest nałożona bezpośrednio na grupę izolowanych komórek posadowionych następnie na suporcie wykonanym z tego samego materiału pod względem składu oraz drugiej warstwy polimerowej z alifatycznych amin II lub III rzędowych - zawierających grupy etylowe lub metylowe z inkorporowanym fulerenolem. W układzie tym jedna warstwa nałożona jest bezpośrednio na grupę izolowanych komórek eukariotycznych, i pozwala on na izolację komórek eukariotycznych od środowiska zewnętrznego, w szczególności mikroorganizmów, jednocześnie nie ograniczając transportu substancji odżywczych przez membranę, pozwalając na ich ukierunkowany wzrost.

Z opisu patentowego PL212620 znana jest specjalnie modyfikowana membrana poliolefinowa (PP, PE) oraz sposób modyfikowania mikroporowatych membran poliolefinowych przeznaczonych do izolacji bakterii Gram (+), polegający na tym, że w strukturę membrany poliolefinowej o wysokiej porowatości wprowadza się w znany sposób roztwór polikationu, wybranego z grupy obejmującej aminokwasy alifatyczne, zwłaszcza białkowe, korzystnie polarne i rozpuszczone w roztworze NaCl, a następnie w strukturę membrany wprowadza się w znany sposób, korzystnie przez moczenie, roztwór polianionu, wybranego z grupy obejmującej polimer aminy II lub III rzędowej, zwłaszcza metyloaminy i etyloaminy, korzystnie zawierające 100% grup metylowych lub etylowych, rozpuszczony w roztworze NaCl.

Z opisu patentowego PL197199 znana jest również polimerowa membrana protonowo przewodząca na bazie uwodnionego poli(kwasu perfluorosulfonowego) charakteryzująca się tym, że stanowi ją produkt reakcji radiacyjnego szczepienia poli(kwasu perfluorosulfonowego) z kwasem winylofosfonowym użytym w ilości od 1 do 40% wagowych lub kwasem 2-akryloamido-2-metylopropanosulfonowym użytym w ilości od 1 do 40% wagowych.

Z opisu patentowego PL165872 znany jest sposób wytwarzania wielowarstwowej membrany porowatej z poli(tetrafluoroetylenu) zawierającej co najmniej dwie warstwy posiadające pory o różnych przeciętnych średnicach, który obejmuje etapy: napełnienia cylindra wytłaczarki co najmniej dwoma różniącymi się rodzajami drobnoziarnistych proszków poli(tetrafluoroetylenowych), przy czym z każdym zmieszany został ciekły środek poślizgowy.

Z opisu patentowego EP0409496 znany jest proces otrzymywania mikroporowatych membran zawierających co najmniej częściowo krystaliczny aromatyczny polimer zawierający w łańcuchu eter lub wiązania tioeterowe i ketonowe. Proces pozwala na wytwarzanie membran z niektórych aromatycznych polimerów o wysokiej temperaturze topnienia, na przykład PEDK.

Rodzaj materiałów z jakich wykonywane były membrany znane ze wskazanych wyżej rozwiązań pozwala - ze względów sterycznych - na ich zastosowanie do oksygenacji krwi, jednakże ich istotne ograniczenia biochemiczne w znaczącym stopniu limitują to zastosowanie. Membrany te nie zawierały bowiem dodatków zapewniających uwalnianie substancji przeciwkrzepliwych, co w takich zastosowaniach było ich istotną niedogodnością. Ponadto, ze względu na swoją strukturę charakteryzują się rozwiniętą topografią powierzchni w skali mikrometrycznej, co było przyczyną ich negatywnego działania na organizmy żywe. Na poziomie komórkowym membrany te powodują steryczne uszkodzenie błon

PL 240 942 B1 komórkowych, co skutkuje destabilizacją komórek. Ponadto membrany nie mogą hamować tworzenia skrzeplin i nie zabezpieczają przed tworzeniem się biofilmu bakteryjnego.

Jak dotąd, w zastosowaniach medycznych, jako materiały o właściwościach porotwórczych stosowane były przede wszystkim polipropylen (PP) i poliuretan (PU). Na przykład w urządzeniach stosowanych w procesie utlenowania (oksygenacji) krwi, jako materiał porowaty do budowy membran wykorzystywany był poliuretan, a do budowy elementów do rozdzielania warstw membran (spacer) stosowany był polipropylen. Pomimo wysokiej skuteczności takich membran pod względem wymiany gazowej, mają one ograniczenia związane przede wszystkim z inicjowaniem reakcji zapalnej z niskiej bioinercji tych materiałów. Wpływało to na tworzenie się stopniowo narastających skrzeplin na powierzchni membrany. W takim przypadku, aby utrzymać skuteczność utlenowania krwi konieczne było zwiększenie stężenia tlenu, co indukuje stres oksydacyjny i nasila proces wykrzepiania, wywołując niekorzystną kaskadę szybko następujących po sobie niekorzystnych czynników, ponieważ należy ciągle zwiększać stężenie tlenu aby utrzymać poziom saturacji krwi, a to nasila stres oksydacyjny i potęguje wykrzepianie. Po przekroczeniu pewnego progu, ilość skrzeplin jest już tak duża, że urządzenie nie nadaje się do dalszej pracy (nie spełnia swojej funkcji) i należy wymienić cały układ oksygenatora.

W związku z tym zaistniała potrzeba opracowania membran wykonanych z nieznanych dotąd materiałów, przeznaczonych zwłaszcza do zastosowań medycznych, które pozwalałyby na osiągnięcie wysokiego poziomu właściwości porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych, a jednocześnie zapewniałyby ich biokompatybilność i bioinercję (obojętność) w kontakcie z krwią pacjenta. Powodem zastosowania nowego materiału do wytworzenia membrany w oksygenatorze jest potrzeba zmniejszenia ryzyka indukowania stanu zapalnego, a co za tym idzie spowalniania procesów wykrzepiania na membranie i wydłużenia żywotności urządzenia.

Z dotychczasowego stanu techniki znane są różne związki o działaniu przeciwzakrzepowym. Między innymi znana jest heparyna - organiczny związek chemiczny, polisacharyd zbudowany głównie z N-siarczanu i O-siarczanu glikozoaminoglikanu zbudowanego z reszt D-glukozaminy i kwasu L-iduronowego połączonych w nierozgałęziony łańcuch. Heparyna jest naturalnym czynnikiem, który poprzez hamowanie przejścia protrombiny w trombinę powoduje silne działanie przeciwzakrzepowe krwi oraz ze względu na oddziaływanie na lipidy poprzez aktywację lipazy jest również stosowana jako czynnik przeciwzakrzepowy używany do opłaszczeń przeciwzakrzepowych. Uwalniana w sposób kontrolowany może również hamować agregację trombocytów oraz ich adhezję (przyleganie do powierzchni) do ścian naczyń krwionośnych. Heparyna jest wyłapywana przez ściany naczynia i zwiększa ich ładunek ujemny, co utrudnia przyleganie trombocytów i zapobiega powstawaniu skrzepów przyściennych. Heparyna jest stosowana jako lek przeciwzakrzepowy zapobiegając tworzeniu się skrzeplin, standardowo stosowany u chorych poddawanych zabiegom chirurgicznym i unieruchomionym z powodu choroby, w żyln ej chorobie zakrzepowo-zatorowej, ostrych zespołach wieńcowych.

Jak dotąd nie są natomiast znane membrany z materiałów o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych, zawierające immobilizowaną w swoim składzie heparynę, półprzepuszczalne dla gazów, przeznaczone zwłaszcza do budowy membran stosowanych w medycznych układach gazowymiennych, zwłaszcza do oksygenacji krwi (oksygenatory) oraz efektywne sposoby otrzymywania takich membran, a ich opracowanie stało się celem twórców niniejszego wynalazku.

Istotę wynalazku stanowi membrana charakteryzująca się tym, że ma postać płaskiej folii o grubości od 0,2 do 200 μm, korzystnie 30 μm, albo rurki o średnicy zewnętrznej od 30 do 600 μm, korzystnie 100 μm, i wykonana jest z organicznego materiału o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych składającego się z:

- bazy w postaci polipropylenu (PP) lub poliuretanu (PU) lub politereftalanu etylenu (PET) lub poliwęglanu (PC) lub polioksymetylenu (POM) lub polisulfonu (PSU) lub silikonu lub polimeru fluorowego, korzystnie poli(tetrafluoroetylenu) (PTFE) lub polifluorku winylidenu (PVDF) lub kopolimeru tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu (FEP),

- domieszki pochodnej rodaminy będącej produktem reakcji 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 1,3-indandionu, przy zachowaniu następujących proporcji względem bazy: baza - (difenyloamino)benzaldehyd od 50+1 do 5000+1, korzystnie 100+1, natomiast baza - 1,3-indandion od 50+1 do 5000+1, korzystnie 100+1, oraz

- domieszki heparyny wbudowanej w mikrostrukturę materiału bazowego, w proporcji baza-domieszka od 80+1 do 1200+1, korzystnie 150+1.

PL 240 942 B1

Pochodna rodaminy może być otrzymana przykładowo sposobami znanymi z opisu patentowego PL 231827 B1 lub publikacji T. Flak i inni., “Organic Bacteriostatic Material”, Engineering of Biomaterials 155 (2020) 17-21.

Istotę wynalazku stanowi również sposób otrzymywania membrany z organicznego materiału o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych charakteryzujący się tym, że pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany modyfikowany pochodną rodaminy, w taki sposób, że do reaktora z materiału niereaktywnego, wprowadza się w atmosferze gazu inertnego (obojętnego) rozpuszczalnik polarny oraz kwas wybrany spośród: kwas siarkowy VI, kwas chlorowodorowy lub kwas octowy, w proporcjach od 2 + 0,002 do 7 + 0,002, korzystnie 5 + 0,002, a następnie na 50mL tak powstałej mieszaniny dodaje się 4-(difenyloamino)benzaldehyd w ilości od 0,2 g do 0,7 g oraz 1,3-indandion w ilości od 0,01 g do 0,08 g i miesza do uzyskania jednorodnej mieszaniny nie krócej niż 1 minutę, po czym zawiesinę przemywa się gazem inertnym przez czas co najmniej 5 minut, korzystnie nie dłużej niż 60 minut, podgrzewa doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze gazu inertnego i miesza intensywnie przy 100-1000 obr./min, korzystnie 350-450 obr./min w czasie co najmniej 18 godzin, korzystnie nie dłużej niż 30 godzin. Po procesie mieszania powstałą mieszaninę chłodzi się do temperatury od 20 do 35°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu od 0,5 do 2 - krotności objętości mieszaniny reakcyjnej, i chlorku metylenu od 0,5 do 2 - krotności objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie suszy się próżniowo w czasie co najmniej 20 godzin, korzystnie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza się w homogenizatorze i wprowadza bazę w postaci: polipropylenu (PP) lub poliuretanu (PU) lub politereftalanu etylenu (PET) lub poliwęglanu (PC) lub polioksymetylenu (POM) lub polisulfonu (PSU) lub silikonu lub polimeru fluorowego, korzystnie poli(tetrafluoroetylenu) (PTFE) lub polifluorku winylidenu (PVDF) lub kopolimeru tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu (FEP), w proporcji baza-rekrystalizat od 50+2 do 5000+2, korzystnie 100+2, a następnie miesza aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez czas co najmniej 20 godzin w temperaturze 80-110°C, po czym materiał wytłacza się na głowicy liniowej w postaci struny, korzystnie o średnicy zewnętrznej od 2 do 10 mm, lub na głowicy krzyżowej w postaci rurki, korzystnie o średnicy zewnętrznej od 2 do 10 mm, lub na głowicy płaskiej w postaci folii, korzystnie o grubości 0,1 do 3 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji baza-heparyna od 80+1 do 1200+1, korzystnie 150+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach (znanymi metodami tworzenia włókien lub folii), tak aby otrzymać wydłużenie 5-20-krotne, korzystnie 10-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna, przy czym w wariancie z wytłoczoną struną proces jej rozciągania prowadzi się liniowo - zachowując formę struny lub w dwóch kierunkach - tworząc ze struny płaską folię. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w trojaki sposób zależny od formy materiału otrzymanego w etapie pierwszym, to jest albo:

- według wariantu a), w którym materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie struny doprowadza się do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie dokładnie do temperatury przejścia plastycznego, po czym - znanymi metodami - dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, korzystnie w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości od 0,2 do 200 μm, korzystnie 30 μm, albo

- według wariantu b), w którym materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie rurki doprowadza się do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie dokładnie do temperatury przejścia plastycznego, po czym - znanymi metodami - dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, korzystnie dwukierunkowo, tak aby otrzymać membranę w postaci rurki o średnicy zewnętrznej od 30 do 600 μm, korzystnie 100 μm, albo

- według wariantu c), w którym materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie folii doprowadza się do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie dokładnie do temperatury przejścia plastycznego, po czym - znanymi metodami - dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, korzystnie w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości od 0,2 do 200 μm, korzystnie 30 μm.

PL 240 942 B1

We wszystkich wariantach a) oraz b) oraz c) powstaje membrana porowata, bowiem w trakcie procesu rozciągania wytwarzają się pory o rozmiarach od 1 nm do 150 μm, przy czym membrana zawiera pory, z których od 40 do 60% stanowią pory otwarte (nie zapełnione), a pozostałe stanowią pory zamknięte, to jest wypełnione są substancją aktywną w postaci heparyny.

W miarę użytkowania membrany następuje stopniowe uwalnianie heparyny, a co za tym idzie jej zużywanie i dochodzi do zmniejszenia się sumarycznej ilości heparyny i zarazem wzrostu ilości porów otwartych, co skutkuje większą powierzchnią wymiany gazowej, czyli lepszą oksygenacją. Dochodzi również do powstawania nowych porów, które przejmują funkcję gazowymienną od porów otwartych, które mogły zostać zablokowane przez stopniowo powstające skrzepliny lub tworzenie się biofilmu na powierzchni membrany.

Płaskie membrany (folie) otrzymane w wariancie a) oraz c) stosuje się po wycięciu z nich odpowiedniego kształtu według zapotrzebowania do konkretnych zastosowań.

Natomiast sposobem według wariantu b) otrzymuje się rurki hollow fiber, które ze względu na porowatą budowę ścianki mogą służyć jako cylindryczne membrany gazowymienne. Korzystnie, rurki otrzymane w wariancie b) tnie się na odcinki o odpowiedniej długości, po czym na maszynach włókienniczych przędzie się z nich dzianinę, pełniącą rolę membrany, przy czym najkorzystniej jeśli w dzianinie odległość między poszczególnymi rurkami wynosi około 35 μm i w takiej postaci mogą być korzystnie stosowane jako membrany do utlenowania krwi w oksygenatorach.

Korzystnie, pierwszy etap sposobu według wynalazku prowadzi się w reaktorze ze szkła lub ceramiki lub stali nierdzewnej.

Korzystnie, pierwszy etap sposobu według wynalazku prowadzi się w reaktorze w postaci okrągłodennej kolby trójszyjnej, z uwagi jej dobre właściwości funkcjonalne.

Korzystnie, jako gaz inertny stosuje się argon albo azot albo ksenon.

Korzystnie, jako rozpuszczalnik polarny stosuje się bezwodny etanol.

Korzystnie, materiał stanowiący bazę wprowadza się w postaci przemiału albo kruszywa albo najkorzystniej granulatu.

Korzystnie, na etapie kalandrowania podczas immobilizacji czynnika aktywnego w postaci heparyny stosuje się cykliczne zmniejszanie i zwiększanie naprężenia, co zwiększa skuteczność immobilizacji heparyny w porach materiału.

Sposobem według wynalazku otrzymano membranę o porach zorientowanych w kierunku lub kierunkach rozciągania. Ich cechą charakterystyczną jest brak ostrych krawędzi oraz pęknięć wokół porów. Takie materiały membranowe cechujące się porami o nieregularnej morfologii zapobiegają zaleganiu materiałów niskocząsteczkowych, w tym organicznych, w okolicy możliwych pęknięć przy porach. Membrana dzięki gładkim powierzchniom oraz zachowaniu orientacji porów wzdłuż drogi przepływu zmniejsza ryzyko wykrzepiania, ze względu na brak przeszkód sterycznych mogących stanowić ogniska wykrzepiania (nie dochodzi do powstania skrzeplin na powierzchni materiału). Tego typu membrany są stosunkowo delikatne, mało odporne na działanie sił zewnętrznych. Stąd w zastosowaniach medycznych, na przykład w układach do oksygenacji krwi membrany takie można stosować w wytworzonej formie z uwagi na brak oddziaływań sił zewnętrznych mogących naruszyć ciągłość materiału. Jednak w zastosowaniach, w których membrana w postaci folii jest eksponowana na działanie zewnętrznych sił, co dotyczy zwłaszcza membran outdoorowych (na przykład membran do budowy namiotów), aby poprawić jej wytrzymałość zaleca się stabilizację membrany przy użyciu naturalnej dzianiny o luźnym przeplocie, co spowoduje poprawę parametrów mechanicznych membrany nie zmieniając jednocześnie jej wysokiej selektywności.

Membrany otrzymane sposobem według wynalazku charakteryzują się pełną możliwością sterowania wielkością tworzonych porów jak również ich układem wzdłuż osi przepływu gazów oraz płynów ustrojowych, co skutkuje wyższą skutecznością gazowymienną. Przeprowadzone analizy dowodzą, że takie membrany mają lepsze parametry selektywności od membran o nierównych brzegach na gran icach porów. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na otrzymanie membran o bardzo szerokim zakresie wielkości porów od skali nano/mikro (zastosowanie zwłaszcza do oksygenacji, wymiany gazowej) do skali makroporów o wielkości nawet dziesiątych części milimetra (zastosowanie jako materiały wodoszczelne, oddychające).

Membrana charakteryzuje się niskimi oporami przepływu, to jest umożliwia utrzymanie prawidłowego, to jest niezakłóconego przepływu pomimo niskiego ciśnienia - co jest efektem ukierunkowanego układu porów powstałego w procesie rozciągania kierunkowego na kalandrach i orientacji makrocząsteczek, która jest wynikiem takiego rozciągania. W przypadku braku takiego ukierunkowania układu

PL 240 942 B1 porów występowałaby turbulencja zakłócająca przepływ, co skutkowałoby wzrostem oporów przepływu, a w konsekwencji wzrostem ciśnienia.

W membranie według wynalazku spadek ciśnienia przepływu gazu po jednej stronie membrany powoduje zwiększenie wysycenia tlenem przy zachowaniu parametrów przepływu, co skutkuje lepszym utlenowaniem krwi przepływającej po drugiej stronie membrany ze względu na zachowanie laminarnej ciągłości przepływu.

Dodatkową zaletą jest, że zastosowany materiał nie uwalnia związków chemicznych toksycznych dla komórek oraz sam nie powoduje reakcji patogennych na komórkach.

Membrana zbudowana z opisanych materiałów zabezpiecza przed powstawaniem biofilmu (nie powstaje na niej płytka bakteryjna), ze względu na budowę wewnętrzną materiału, czyli układ makrocząsteczek i porów w materiale, który nie jest protagonistą rozwoju i przylegania płytki bakteryjnej.

Struktura chemiczna makrocząsteczek materiałów do tworzenia membran otrzymanych sposobem według wynalazku wpływa na ich dobre właściwości porotwórcze, przeciwzapalne i przeciwkrzepliwe, a jednocześnie zapewnia ich biokompatybilność i bioinercję (całkowitą obojętność). W przypadku zastosowania tych materiałów do wytworzenia membran do oksygenatorów ograniczone jest ryzyko indukowania stanów zapalnych w komórkach, a co za tym idzie spowalnia się proces wykrzepiania na membranie. Sposób według wynalazku umożliwia otrzymanie materiałów o wielkości porów w zakresie nano, tak aby pojedyncza molekuła tlenu i dwutlenku węgla była w stanie przenikać przez pory, a jednocześnie żeby pory były mniejsze niż wielkocząsteczkowe pakiety z jakich zbudowane są płyny ustrojowe, co w efekcie pozwala skutecznie utlenować krew, bez ryzyka przenikania przez pory cząsteczek krwi. Dodatkowo sposób powstawania porów w procesie kierunkowego rozciągania powoduje orientację porów wzdłuż osi wzdłużnej rurki lub folii co zapewnia laminarność przepływu (przepływ nie jest turbulentny).

Badania zdolności uwalniania czynnika aktywnego (heparyny) z membrany otrzymanej sposobem według wynalazku prowadzone były w znanym naczyniu przepływowym z wykorzystaniem stałej objętości rozpuszczalnika polarnego w postaci wody ultraczystej 18,2 ΜΩ. Membranę zanurzano w rozpuszczalniku na 30 minut. Następnie rozpuszczalnik pobierano i nastrzykiwano do naczynia przepływowego obserwując zmiany częstotliwości drgań własnych dysku w postaci rezonatora kwarcowego z naniesioną elektrodą, zgodnie z zależnością Sauerbreya, to jest zależnością wiążącą zmianę drgań ze zmianą masy. Dysk umieszczony był tak, aby ewentualna sedymentacja analitu z rozpuszczalnika nie powodowała zafałszowania wyniku poprzez osiadanie grawitacyjne na dysku. Umiejscowienie dysku gwarantowało, że zmierzona będzie jedynie masa zaabsorbowanego analitu. Na podstawie zaobserwowanych zmian częstotliwości drgań własnych dysku (ich spadku) stwierdzono obecność czynnika aktywnego w rozpuszczalniku, który to czynnik osadził się na elektrodzie. Wynika z tego, że w trakcie zanurzenia membrany w rozpuszczalniku czynnik aktywny został uwolniony z membrany do rozpuszczalnika. Doświadczenie powtarzano dziesięciokrotnie na takiej samej próbce i wyniki pomiaru każd orazowo były zbliżone (w zakresie błędu pomiarowego). Stałość zmian w czasie świadczy o kontrolowanym procesie uwalniania czynnika aktywnego z membrany.

Zastosowanie immobilizowanej heparyny pozwala na utrzymanie stałego jej stężenia na powierzchni kontaktowej detalu przez cały okres stosowania materiałów (programowanego życia produktu). Zminimalizowana jest możliwość nadmiernego wypłukiwania heparyny, a ze względu na kontrolowany dyfuzyjnie proces uwalniania heparyny, jej stężenie kontaktowe na powierzchni produktu jest stałe.

Wprowadzenie heparyny do materiału, z którego wykonana jest membrana według wynalazku nadaje mu również pożądane właściwości przeciwzakrzepowe i przeciwzapalne, heparyna jak już wyżej zaznaczono ma silne działanie przeciwzakrzepowe krwi oraz ze względu na oddziaływanie na lipidy poprzez aktywację lipazy jest również stosowana jako czynnik przeciwzakrzepowy używany do opłaszczeń przeciwzakrzepowych. Domieszka heparyny wbudowana jest zarówno w pory materiału jak i w mikropęknięcia powstałe jako defekty równowagowe na etapie tworzenia materiału. Poprawia to istotnie ciągłość powierzchniową struktury materiału, a przez to zabezpiecza przed zaleganiem materiału organicznego w porach i mikropęknięciach i znacząco obniża wykrzepianie.

Wprowadzenie domieszek 4-(difenyloamino)benzaldehydu i 1,3-indandionu powoduje zmniejszenie naprężeń wewnętrznych materiału co skutkuje lepszą orientacją makrocząsteczek w trakcie procesu przetwórstwa oraz wytwarzania porów, co finalnie obserwuje się jako gładką strukturę zewnętrzną dzięki czemu nie ma mechanicznych sterycznych ognisk powstawania skrzeplin ze względu na jednolitość materiału jak i brak ostrych krawędzi dookoła porów i pęknięć.

PL 240 942 B1

Sposób otrzymywania membrany z organicznego materiału o właściwościach przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych według wynalazku zostanie bliżej objaśniony na podstawie poniższych przykładów.

P r z y k ł a d 1

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze argonu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu siarkowego (VI) w proporcjach 5 + 0,002 i dodaje się 0,3 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,06 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 5 minut i przemywa argonem przez 30 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze argonu i miesza intensywnie przy 400 obr./min w czasie 24 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 30°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 1-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza się w homogenizatorze i dodaje się 300 g granulatu poliwęglanu (PC). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 24 godziny w temperaturze 90°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla PC - na głowicy krzyżowej z materiału wytłacza się rurki (hollow fiber) o średnicy zewnętrznej 2 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PC-heparyna 150+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 180°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 8-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie rurki (hollow fiber) doprowadza się do temperatury 175°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci rurki (hollow fiber) o średnicy zewnętrznej 30 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej. Tak otrzymane rurki mogą być na maszynach włókienniczych przędzone do postaci dzianin, tak aby w dzianinie odległość między poszczególnymi rurkami wynosiła 35 μm i w takiej postaci mogą być stosowane jako membrany do utlenowania krwi w oksygenatorach.

P r z y k ł a d 2

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonego reaktora ze stali nierdzewnej w atmosferze ksenonu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu chlorowodorowego w proporcjach 5 + 0,002 i dodaje się 0,5 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,02 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 1 minutę i przemywa ksenonem przez 10 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze ksenonu i miesza intensywnie przy 350 obr./min w czasie 20 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 35°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej a chlorku metylenu wynoszącej 1-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 25 g kruszywa poliuretanu (PU). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 20 godzin w temperaturze 105°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla poliuretanu - na głowicy krzyżowej z materiału wytłacza się rurkę (hollow fiber) o średnicy zewnętrznej 8 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PU-heparyna 80+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 180°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać

PL 240 942 B1 wydłużenie 5-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie rurki (hollow fiber) doprowadza się do temperatury 175°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci rurki (hollow fiber) o średnicy zewnętrznej 600 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

Tak otrzymane rurki mogą być na maszynach włókienniczych przędzone do postaci dzianin, tak aby odległość między poszczególnymi rurkami wynosiła 30 μm i w takiej postaci mogą być stosowane jako membrany do utlenowania krwi w oksygenatorach.

P r z y k ł a d 3

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze argonu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu octowego w proporcjach 5 + 0,002 i dodaje się 0,7 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,08 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 3 minuty i przemywa argonem przez 45 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze argonu i miesza intensywnie przy 450 obr./min w czasie 24 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 30°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 1-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 350 g przemiału polipropylenu (PP). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 24 godziny w temperaturze 110°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfik owanej dla polipropylenu - na głowicy krzyżowej z materiału wytłacza się rurkę (hollow fiber) o średnicy zewnętrznej 10 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PPheparyna 80+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 150°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 20-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie mrki (hollow fiber) doprowadza się do temperatury 145°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci rurki (hollow fiber) o średnicy zewnętrznej 100 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej. Tak otrzymane rurki mogą być na maszynach włókienniczych przędzone do postaci dzianin, tak aby w dzianinie odległość między poszczególnymi rurkami wynosiła 35 μm i w takiej postaci mogą być stosowane jako membrany do utlenowania krwi w oksygenatorach.

P r z y k ł a d 4

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonego reaktora ceramicznego w atmosferze argonu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu octowego w proporcjach 5 + 0,002 i dodaje się 0,7 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,08 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 2 minuty i przemywa argonem przez 45 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze argonu i miesza intensywnie przy 450 obr./min w czasie 24 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 30°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu Si O2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 1-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny re

PL 240 942 B1 akcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 350 g granulatu poli(tereftalan etylenu) (PET). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 24 godziny w temperaturze 110°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla PET - na głowicy płaskiej z materiału wytłacza się folię o grubości 1 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PET-heparyna 700+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 230°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 15-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie folii doprowadza się do temperatury 225°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości 10 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

P r z y k ł a d 5

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze azotu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu siarkowego (VI) w proporcjach 6 + 0,002 i dodaje się 0,7 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,08 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 1 minutę i przemywa azotem przez 35 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze azotu i miesza intensywnie przy 600 obr./min w czasie 30 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 25°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 71 g granulatu poli(tetrafluoroetylenu) (PTFE). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 24 godziny w temperaturze 100°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla poli(tetrafluoroetylenu) - na głowicy płaskiej z materiału wytłacza się folię o grubości 0,5 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PTFE-heparyna 450+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 300°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 12-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie folii doprowadza się do temperatury 295°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości 5 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

P r z y k ł a d 6

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze azotu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu chlorowodorowego w proporcjach 3 + 0,002 i dodaje się 0,7 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,08 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 2 minuty i przemywa azotem przez 60 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod

PL 240 942 B1 chłodnicą zwrotną w atmosferze azotu i miesza intensywnie przy 500 obr./min w czasie 24 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 25°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 140 g granulatu polioksymetylenu (POM). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 20 godzin w temperaturze 110°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla POM - na głowicy liniowej z materiału wytłacza się strunę o grubości 8 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji POM-heparyna 100+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 180°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia liniowego na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 14-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie struny doprowadza się do temperatury 175°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości 35 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

P r z y k ł a d 7

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze azotu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu chlorowodorowego w proporcjach 3 + 0,002 i dodaje się 0,7 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,08 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 2 minuty i przemywa azotem przez 60 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze azotu i miesza intensywnie przy 900 obr./min w czasie 20 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 25°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 310 g granulatu polisulfonu (PSU). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 30 godzin w temperaturze 90°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla polisulfonu - na głowicy płaskiej z materiału wytłacza się folię o grubości 3 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PSU-heparyna 1200+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 190°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 8-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie folii doprowadza się do temperatury 185°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości 200 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

PL 240 942 B1

P r z y k ł a d 8

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze argonu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu siarkowego (VI) w proporcjach 5 + 0,002 i dodaje się 0,3 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,06 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 4 minuty i przemywa argonem przez 30 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze argonu i miesza intensywnie przy 500 obr./min w czasie 24 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 30°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 0,5-krotności objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 150 g granulatu polifluorku winylidenu (PVDF). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 24 godziny w temperaturze 90°C. Następnie stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla PVDF - na głowicy płaskiej z materiału wytłacza się folię o grubości 2,5 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji PVDF-heparyna 150+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 185°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 10-krotne, co skutkuje powstaniem mikroporów, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie folii doprowadza się do temperatury 180°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości 1 μm.

W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

P r z y k ł a d 9

W pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany, w taki sposób, że do osuszonej okrągłodennej szklanej kolby trójszyjnej w atmosferze azotu wprowadza się 50 mL mieszaniny bezwodnego etanolu i kwasu chlorowodorowego w proporcjach 2 + 0,002 i dodaje się 0,5 g 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 0,02 g 1,3-indandionu. Mieszaninę ujednoradnia się mieszając przez 1 minutę i przemywa azotem przez 10 minut. Następnie podgrzewa się doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze azotu i miesza intensywnie przy 400 obr./min w czasie 30 godzin. Po uzyskaniu homogennej mieszaniny, układ chłodzi się do temperatury 25°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SiO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej, a chlorku metylenu wynoszącej 2-krotność objętości mieszaniny reakcyjnej. Następnie produkt suszy się próżniowo w czasie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu. Produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza w homogenizatorze i dodaje się 50 g granulatu kopolimeru tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu (FEP). Układ miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez 30 godzin w temperaturze 95°C. Następnie - stosując dwuślimakową dziesięciostrefową wytłaczarkę o przeciwbieżnym ustawieniu ślimaków i geometrii specyfikowanej dla FEP - na głowicy liniowej wytłacza się strunę o średnicy zewnętrznej 2 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji FEP-heparyna 120+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury 245°C, to jest poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia w dwóch kierunkach na kalandrach cyklicznie zmniejszając i zwiększając naprężenie, tak aby otrzymać wydłużenie 8-krotne, co skutkuje powstaniem płaskiej folii z wytworzonymi w niej mikroporami, w których immobilizuje się heparyna. Następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w taki sposób, że materiał otrzymany w pierwszym

Claims (9)

1. PL 240 942 B1 etapie w formie folii doprowadza się do temperatury 240°C, po czym dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości 30 μm. W efekcie otrzymuje się membranę z wprowadzoną w jej pory heparyną, którą można zastosować na przykład w układach do oksygenacji krwi, bowiem ze względu na swoją strukturę i możliwość kontrolowanego uwalniania heparyny zapobiega powstawaniu skrzeplin przy zachowaniu bardzo wysokiej osmotycznej wymiany gazoselektywnej.

   Sposób według wynalazku pozwala otrzymać membrany z materiałów o właściwościach przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych, przeznaczone zwłaszcza do budowy aparatury medycznej, w szczególności do budowy podzespołów mających bezpośredni styk z krwią. Membrany takie mogą między innymi znaleźć zastosowanie w oksygenatorach do utlenowania krwi oraz jako inne membrany gazoselektywne.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Membrana, znamienna tym, że ma postać płaskiej folii o grubości od 0,2 do 200 μm, korzystnie 30 μm, albo rurki o średnicy zewnętrznej od 30 do 600 μm, korzystnie 100 μm, i wykonana jest z organicznego materiału o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych składającego się z:

   - bazy w postaci polipropylenu (PP) lub poliuretanu (PU) lub politereftalanu etylenu (PET) lub poliwęglanu (PC) lub polioksymetylenu (POM) lub polisulfonu (PSU) lub silikonu lub polimeru fluorowego, korzystnie poli(tetrafluoroetylenu) (PTFE) lub polifluorku winylidenu (PVDF) lub kopolimeru tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu (FEP),

   - domieszki pochodnej rodaminy będącej produktem reakcji 4-(difenyloamino)benzaldehydu oraz 1,3-indandionu, przy zachowaniu następujących proporcji względem bazy: baza - (difenyloamino)benzaldehyd od 50+1 do 5000+1, korzystnie 100+1, natomiast baza - 1,3-indandion od 50+1 do 5000+1, korzystnie 100+1, oraz

   - domieszki heparyny wbudowanej w mikrostrukturę materiału bazowego, w proporcji bazadomieszka od 80+1 do 1200+1, korzystnie 150+1.
2. 2. Sposób otrzymywania membrany z organicznego materiału o właściwościach porotwórczych, przeciwzapalnych i przeciwkrzepliwych, znamienny tym, że w pierwszym etapie wytwarza się materiał do budowy membrany modyfikowany pochodną rodaminy, w taki sposób, że do reaktora z materiału niereaktywnego, wprowadza się w atmosferze gazu inertnego rozpuszczalnik polarny oraz kwas wybrany spośród: kwas siarkowy VI, kwas chlorowodorowy lub k was octowy, w proporcjach od 2 + 0,002 do 7 + 0,002, korzystnie 5 + 0,002, a następnie na 50 mL tak powstałej mieszaniny dodaje się 4-(difenyloamino)benzaldehyd w ilości od 0,2 g do 0,7 g oraz 1,3-indandion w ilości od 0,01 g do 0,08 g i miesza do uzyskania jednorodnej mieszaniny nie krócej niż 1 minutę, po czym zawiesinę przemywa się gazem inertnym przez czas co najmniej 5 minut, korzystnie nie dłużej niż 60 minut, podgrzewa doprowadzając do wrzenia pod chłodnicą zwrotną w atmosferze gazu inertnego i miesza intensywnie przy 100-1000 obr./min, korzystnie 350-450 obr./min w czasie co najmniej 18 godzin, korzystnie nie dłużej niż 30 godzin, po procesie mieszania powstałą mieszaninę chłodzi się do temperatury od 20 do 35°C i poddaje chromatografii kolumnowej w złożu SO2 i w fazie ruchomej mieszaniny heksanu i chlorku metylenu, w ilości heksanu od 0,5 do 2 - krotności objętości mieszaniny reakcyjnej, i chlorku metylenu od 0,5 do 2 - krotności objętości mieszaniny reakcyjnej, następnie suszy się próżniowo w czasie co najmniej 20 godzin, korzystnie 24 godzin do stałej masy, po czym rekrystalizuje się z chloroformu, a produkt po rekrystalizacji z chloroformu (rekrystalizat) umieszcza się w homogenizatorze i wprowadza bazę w postaci: polipropylenu (PP) lub poliuretanu (PU) lub politereftalanu etylenu (PET) lub poliwęglanu (PC) lub polioksymetylenu (POM) lub polisulfonu (PSU) lub silikonu lub polimeru fluorowego, korzystnie poli(tetrafluoroetylenu) (PTFE) lub polifluorku winylidenu (PVDF) lub kopolimeru tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu (FEP), w proporcji baza-rekrystalizat od 50+2 do 5000+2, korzystnie 100+2, a następnie miesza aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny i suszy przez czas co najmn iej 20 godzin w temperaturze 80-110°C, po czym materiał wytłacza się na głowicy liniowej w postaci struny, korzystnie o średnicy zewnętrznej od 2 do 10 mm, lub na głowicy krzyżowej w postaci rurki, korzystnie o średnicy zewnętrznej od 2 do 10 mm, lub na głowicy płaskiej

   PL 240 942 B1 w postaci folii, korzystnie o grubości 0,1 do 3 mm, a w kolejnym etapie przeprowadza się proces immobilizacji heparyny do struktury sterycznej tak otrzymanego materiału w sposób zapewniający jej zawartość w materiale w proporcji baza-heparyna od 80+1 do 1200+1, korzystnie 150+1, w taki sposób, że po wstępnym ochłodzeniu w łaźni zawierającej przesycony wodny roztwór heparyny do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie poniżej temperatury przejścia plastycznego, dokonuje się jego rozciągnięcia na kalandrach, tak aby otrzymać wydłużenie 5-20-krotne, korzystnie 10-krotne, przy czym w wariancie z wytłoczoną struną proces jej rozciągania prowadzi się liniowo - zachowując formę struny lub w dwóch kierunkach - tworząc ze struny płaską folię, następnie przeprowadza się drugi, finalny etap wytwarzania membrany, który realizuje się w trojaki sposób zależny od formy materiału otrzymanego w etapie pierwszym, to jest albo:

   - według wariantu a), w którym materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie struny doprowadza się do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie dokładnie do temperatury przejścia plastycznego, po czym - znanymi metodami - dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, korzystnie w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości od 0,2 do 200 μm, korzystnie 30 μm, albo

   - według wariantu b), w którym materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie rurki doprowadza się do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie dokładnie do temperatury przejścia plastycznego, po czym - znanymi metodami - dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, korzystnie dwukierunkowo, tak aby otrzymać membranę w postaci rurki o średnicy zewnętrznej od 30 do 600 μm, korzystnie 100 μm, albo

   - według wariantu c), w którym materiał otrzymany w pierwszym etapie w formie folii doprowadza się do temperatury ±30°C od temperatury przejścia plastycznego, korzystnie dokładnie do temperatury przejścia plastycznego, po czym - znanymi metodami - dokonuje się jej rozciągnięcia na kalandrach, korzystnie w dwóch kierunkach, tak aby otrzymać membranę w postaci płaskiej folii o grubości od 0,2 do 200 μm, korzystnie 30 μm.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rurki otrzymane w wariancie b) tnie się na odcinki o odpowiedniej długości, po czym na maszynach włókienniczych przędzie się z nich dzianinę, pełniącą rolę membrany, przy czym najkorzystniej jeśli w dzianinie odległość między poszczególnymi rurkami wynosi około 35 μm.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszy etap sposobu według wynalazku prowadzi się w reaktorze ze szkła lub ceramiki lub stali nierdzewnej.
5. 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszy etap sposobu według wynalazku prowadzi się w reaktorze w postaci okrągłodennej kolby trójszyjnej.
6. 6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako gaz inertny stosuje się argon albo azot albo ksenon.
7. 7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik polarny stosuje się bezwodny etanol.
8. 8. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że materiał stanowiący bazę dodaje się w postaci przemiału albo kruszywa albo najkorzystniej granulatu.
9. 9. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że na etapie kalandrowania podczas immobilizacji czynnika aktywnego w postaci heparyny stosuje się cykliczne zmniejszanie i zwiększanie naprężenia.