PL242810B1 - Method of producing a thermoplastic material - Google Patents
Method of producing a thermoplastic material Download PDFInfo
- Publication number
- PL242810B1 PL242810B1 PL435877A PL43587720A PL242810B1 PL 242810 B1 PL242810 B1 PL 242810B1 PL 435877 A PL435877 A PL 435877A PL 43587720 A PL43587720 A PL 43587720A PL 242810 B1 PL242810 B1 PL 242810B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- chitosan
- poly
- vinyl alcohol
- solution
- range
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 82
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 52
- -1 poly(vinyl alcohol) Polymers 0.000 claims abstract description 35
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 11
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 11
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 229960004275 glycolic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 3
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 12
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 230000006196 deacetylation Effects 0.000 description 5
- 238000003381 deacetylation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 3
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 3
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 3
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 3
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 3
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 3
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 3
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000954 Polyglycolide Polymers 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 2
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 2
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 2
- 125000004386 diacrylate group Chemical group 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 229920005669 high impact polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 239000004797 high-impact polystyrene Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000002407 tissue scaffold Substances 0.000 description 2
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 description 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 1
- 230000003385 bacteriostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 231100000050 cytotoxic potential Toxicity 0.000 description 1
- 231100000263 cytotoxicity test Toxicity 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 1
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229960004329 metformin hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- OETHQSJEHLVLGH-UHFFFAOYSA-N metformin hydrochloride Chemical compound Cl.CN(C)C(=N)N=C(N)N OETHQSJEHLVLGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin hydrochloride Natural products CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000065 noncytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920000671 polyethylene glycol diacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 239000003361 porogen Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B9/00—Making granules
- B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/58—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/72—Measuring, controlling or regulating
- B29B7/726—Measuring properties of mixture, e.g. temperature or density
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/82—Heating or cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B9/00—Making granules
- B29B9/16—Auxiliary treatment of granules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
- B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B9/00—Making granules
- B29B9/02—Making granules by dividing preformed material
- B29B9/06—Making granules by dividing preformed material in the form of filamentary material, e.g. combined with extrusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału termoplastycznego jako filamentu do druku 3D zawierający poli(alkohol winylowy), polikaprolakton oraz chitozan. Sposób polega na tym, że roztwór nasycanego dwutlenkiem węgla chitozanu poddaje się kompatybilizacji do przetwórstwa z surowcami termoplastycznymi poprzez zmieszanie jego z wodnym roztworem hydrolizowanego poli(alkoholu winylowego), o stopniu hydrolizy co najmniej 75% korzystnie 80%, gdzie udział masowy obu polimerów w odniesieniu do ich bezwodnych form wynosi 1:1. Dalej mieszaninę zamraża się w temperaturze w zakresie od -80°C do -18°C i wysusza sublimacyjne w warunkach ciśnienia w zakresie 0,9 — 6,0 mbar, przy różnicy temperatur pomiędzy kondensatorem liofilizatora a próbą w zakresie od 70°C do 140°C. Wysuszony kompozyt chitozanu i poli(alkoholu winylowego) po rozdrobnieniu miesza się z polikaprolaktonem zaś otrzymany filament poddaje się ekstruzji, korzystnie dwustopniowej.The subject of the invention is a method of producing a thermoplastic material as a 3D printing filament containing poly(vinyl alcohol), polycaprolactone and chitosan. The method consists in the solution of chitosan saturated with carbon dioxide being compatibilized for processing with thermoplastic raw materials by mixing it with an aqueous solution of hydrolyzed poly(vinyl alcohol), with a degree of hydrolysis of at least 75%, preferably 80%, where the mass fraction of both polymers in relation to to their anhydrous forms is 1:1. Further, the mixture is frozen at a temperature ranging from -80°C to -18°C and freeze-dried at a pressure in the range of 0.9 - 6.0 mbar, with a temperature difference between the lyophilizer condenser and the sample in the range of 70°C to 140°C. The dried composite of chitosan and poly(vinyl alcohol) after grinding is mixed with polycaprolactone and the obtained filament is subjected to extrusion, preferably in two stages.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału termoplastycznego, zawierającego składniki biodegradowalne: polikaprolakton i poli (alkohol winylowy) oraz składnik biodegradowalny pochodzenia naturalnego, posiadający aktywność przeciwdrobnoustrojową - chitozan, mający zastosowanie jako materiał do produkcji rusztowań do hodowli komórkowych, również jako nośnik preparatów leczniczych lub innych składników bioaktywnych.The subject of the invention is a method of producing a thermoplastic material containing biodegradable components: polycaprolactone and poly(vinyl alcohol) and a biodegradable component of natural origin, having antimicrobial activity - chitosan, applicable as a material for the production of scaffolds for cell cultures, also as a carrier of medicinal preparations or other ingredients bioactive.
Z opisu patentowego PL223280 znany jest sposób wytwarzania chitozanowo-białkowego materiału biopolimerowego, mającego zastosowanie do leczenia ubytków tkanek, zwłaszcza trudno gojących się ran, jak również jako nośnik preparatów leczniczych, kosmetycznych i spożywczych. Sposób ten polega na przygotowaniu chitozanu w mieszaninie kwasów, który następnie poddaje się zobojętnieniu, separacji, przemywaniu i nasycaniu zawiesiny osadu chitozanu ditlenkiem węgla w postaci gazowej i/lub suchego lodu do momentu jego rozpuszczenia, a następnie miesza się z dyspersją białek kolagenu i/lub żelatyny.From the patent description PL223280 there is known a method of producing a chitosan-protein biopolymer material, applicable to the treatment of tissue defects, especially hard-to-heal wounds, as well as a carrier for medicinal, cosmetic and food preparations. This method consists in the preparation of chitosan in a mixture of acids, which is then subjected to neutralization, separation, washing and saturation of the chitosan slurry with gaseous carbon dioxide and/or dry ice until it dissolves, and then mixed with a dispersion of collagen proteins and/or gelatin.
Z opisu patentowego PL222739 znana jest kompozycja na bazie wodnego roztworu chitozanu, m. in. w postaci aerozolu oraz hydrożelowej membrany, mających zastosowanie jako matryca dla preparatów ochrony roślin, wyrobów medycznych, kosmetycznych i spożywczych. W opisanej metodzie aerozol składa się z fazy dyspersyjnej, którą jest hydrożel chitozanu w ilości od 90% do 98% wagowych, związek biologicznie czynny do 5% wagowych oraz gaz pędny w ilości 2% do 10% wagowych. Membranę przygotowuje się poprzez wytworzenie roztworu chitozanu, zastosowanie dodatku związku biologicznie czynnego i kondycjonowanie w temperaturze nie niższej niż 1°C, w czasie korzystnie 24 godzin.From the patent description PL222739, a composition based on an aqueous solution of chitosan is known, e.g. in the form of an aerosol and a hydrogel membrane, used as a matrix for plant protection preparations, medical, cosmetic and food products. In the described method, the aerosol consists of a dispersion phase, which is a chitosan hydrogel in the amount of 90% to 98% by weight, a biologically active compound up to 5% by weight and a propellant in the amount of 2% to 10% by weight. The membrane is prepared by preparing a chitosan solution, applying an addition of a biologically active compound and conditioning it at a temperature not lower than 1°C, preferably for 24 hours.
Z publikacji M. Matet, M-C. Heuzey, E. Pollet, A. AJi, L. Averons, Carbohydr. Polym. 2013, 95, 241-251 znany jest sposób otrzymywania termoplastycznego chitozanu, który polega na dodaniu roztworu mocnego kwasu do proszku chitozanu lub poliolu i roztworu mocnego kwasu i mechaniczne ugniatanie w temperaturze 80°C przez 15 min przy stałej prędkości 100 obr/min.From M. Matet, M-C. Heuzey, E. Pollet, A. AJi, L. Averons, Carbohydr. Polym. 2013, 95, 241-251, a method of obtaining thermoplastic chitosan is known, which consists in adding a solution of a strong acid to the chitosan powder or polyol and a solution of a strong acid and mechanically kneading at 80°C for 15 min at a constant speed of 100 rpm.
Z publikacji A. Golchin i M.R. Nourani, Polym. Adv. Technol. 2020, 31, 2443-2452 znany jest sposób tworzenia nanofibrylarnych dwuwarstwowych rusztowań techniką elektroprzędzenia do zastosowań biomedycznych przy użyciu polikaprolaktonu (PCL) jako górnej warstwy i chitozanu (CS) /polialkoholu winylowego) (PVA) jako dolnej warstwy opatrunku. W rozwiązaniu tym chitozan rozpuszcza się w 2% kwasie octowym przez 6 godzin w temperaturze pokojowej. Tyle samo czasu rozpuszczaniu w temperaturze 80°C poddaje się poli(alkohol winylowy) i łączy w stosunku 3:1 (CS:PVA). Mieszanina ta stanowi roztwór A. Równolegle przygotowuje się roztwór B, zawierający polikaprolakton rozpuszczony w mieszaninie dimetyloformamidu i chloroformu w stosunku 1:9. Roztwory w kolejności alfabetycznej poddaje się elektroprzędzeniu.From the publication of A. Golchin and M.R. Nourani, Polym. Adv. Technol. 2020, 31, 2443-2452 is known to create nanofibrillary two-layer scaffolds by electrospinning for biomedical applications using polycaprolactone (PCL) as the top layer and chitosan (CS)/polyvinyl alcohol (PVA) as the bottom dressing layer. In this solution, chitosan is dissolved in 2% acetic acid for 6 hours at room temperature. The same amount of dissolution time at 80°C is given to polyvinyl alcohol and combined in a ratio of 3:1 (CS:PVA). This mixture is solution A. In parallel, solution B is prepared, containing polycaprolactone dissolved in a mixture of dimethylformamide and chloroform in a ratio of 1:9. The solutions in alphabetical order are subjected to electrospinning.
W publikacji F. Chogan, T. Mirmajidi, A.H. Rezayan, M. Sharifi, A. Ghahary, J. Nourmohammadi, A. Kamali, M. Rahaie, Acta Biomater. 2020, 113, 144-163 zaproponowano podobne rozwiązanie mające na celu wykorzystanie techniki elektroprzędzenia. Proponowane rusztowanie składa się z trzech warstw: dwóch warstw nośnych wykonanych z kompozytu polikaprolaktonu (PCL) i chitozanu (CS) stanowiących warstwy zewnętrzne otaczające środkową warstwę wykonaną z poli(alkoholu winylowego) (PVA). Obecność PCL w warstwach zewnętrznych ma na celu kontrolowanie szybkości uwalniania wprowadzonego leku przez rusztowanie, podczas gdy chitozan, naturalny polimer, służy jako środek przeciwbakteryjny zdolny do zapobiegania infekcji w miejscu rany. PVA wykorzystano jako nośnik substancji aktywnej chlorowodoru metforminy.In the publication of F. Chogan, T. Mirmajidi, A.H. Rezayan, M. Sharifi, A. Ghahary, J. Nourmohammadi, A. Kamali, M. Rahaie, Acta Biomater. 2020, 113, pp. 144-163, a similar solution was proposed to use the electrospinning technique. The proposed scaffold consists of three layers: two load-bearing layers made of a composite of polycaprolactone (PCL) and chitosan (CS) constituting the outer layers surrounding the middle layer made of poly(vinyl alcohol) (PVA). The presence of PCL in the outer layers is intended to control the release rate of the incorporated drug through the scaffold, while chitosan, a natural polymer, serves as an antibacterial agent capable of preventing infection at the wound site. PVA was used as a carrier of the active substance metformin hydrochloride.
Znany jest sposób wytwarzania hybrydowego materiału opatrunkowego z publikacji A. Shamloo, M. Sarmadi, Z. Aghababaie, M. Vossoughi, Int. J. Pharm. 2018, 537, 278-289. Polega on na wytworzeniu i unieruchomieniu czynnika wzrostu komórek w emulsji roztworu poli(alkoholu winylowego) i polikaprolaktonu rozpuszczonego w chloroformie i wkropleniu jej do roztworu surfaktantu w celu wytworzenia mikrokapsułek. Następnie roztwór chitozanu w 3% kwasie octowym jest doprowadzany do pH 7,4 z wykorzystaniem 0,1M NaOH, łączony z 10% roztworem PVA i 5% roztworem żelatyny w stosunku objętościowym 2:2:1, mieszany z mikrosferami, zamrażany i suszony sublimacyjnie.A method of producing a hybrid dressing material is known from A. Shamloo, M. Sarmadi, Z. Aghababaie, M. Vossoughi, Int. J. Pharm. 2018, 537, 278-289. It consists in the production and immobilization of a cell growth factor in an emulsion of a solution of poly(vinyl alcohol) and polycaprolactone dissolved in chloroform and dropping it into a surfactant solution to form microcapsules. Then the chitosan solution in 3% acetic acid is adjusted to pH 7.4 with 0.1M NaOH, combined with 10% PVA solution and 5% gelatin solution in a 2:2:1 volume ratio, mixed with microspheres, frozen and freeze-dried .
Z opisu zgłoszenia patentowego WO2018031491 znany jest sposób wytwarzania jedno lub kilkuwarstwowych trójwymiarowych rusztowań tkankowych na bazie co najmniej jednego z nierozpuszczalnych w wodzie składników, którymi mogą być: termoplastyczny poliuretan (TPU), polikaprolakton (PCL), poli(kwas glikolowy) (PLGA), poli(kwas mlekowy) (PLA) lub polistyren wysokoudarowy (HIPS) oraz co najmniej jeden z rozpuszczalnych w wodzie składników, którymi mogą być: poli(alkohol winylowy) (PVA), sól, cukier, szkło cukrowe, glikol polietylenowy (PEG) lub jego dowolna nieusieciowana pochodna, żelatyna i jej pochodne, poli(kwas ko-glikolowy), alginian i wodorowęglan sodu. Rusztowania te mogą być otrzymywane z powyższych składników lub ich kompozytów znanymi metodami szybkiego prototypowania jak: SLA, DLP, FDM, SLS, SLM, EBM i/lub LOM.From the description of the patent application WO2018031491, there is known a method of producing one or more layered three-dimensional tissue scaffolds based on at least one of the water-insoluble components, which can be: thermoplastic polyurethane (TPU), polycaprolactone (PCL), poly(glycolic acid) (PLGA), poly(lactic acid) (PLA) or high impact polystyrene (HIPS) and at least one of the water-soluble ingredients which may be: poly(vinyl alcohol) (PVA), salt, sugar, sugar glass, polyethylene glycol (PEG) or any non-crosslinked derivative thereof, gelatin and its derivatives, poly(co-glycolic acid), alginate and sodium bicarbonate. These scaffolds can be obtained from the above components or their composites by known methods of rapid prototyping, such as: SLA, DLP, FDM, SLS, SLM, EBM and/or LOM.
Z opisu zgłoszenia patentowego CN1238063 znany jest sposób wytwarzania porowatych rusztowań polegający na przygotowaniu roztworu materiału termoplastycznego np. polikaprolaktonu w rozpuszczalniku organicznym, dodaniu kulistych cząstek parafiny o wielkości cząstek 355-450 μm i polimeru, wymieszanie, częściowe odparowanie rozpuszczalnika i wtłoczenie powstałej pasty do silikonowej formy i jej odpowiedni nacisk. Następnie rusztowanie o nadanym kształcie dosusza się i poddaje ekstrakcji w n-pentanie w celu usunięcia parafinowego porogenu. Niedogodnością powyższej metody jest zużywanie dużych ilości rozpuszczalników organicznych.From the description of the patent application CN1238063, there is known a method of producing porous scaffolds consisting in preparing a solution of a thermoplastic material, e.g. polycaprolactone in an organic solvent, adding spherical paraffin particles with a particle size of 355-450 μm and polymer, mixing, partial evaporation of the solvent and pressing the resulting paste into a silicone mold and its appropriate pressure. The shaped scaffold is then dried and extracted in n-pentane to remove the paraffinic porogen. The disadvantage of the above method is the use of large amounts of organic solvents.
W opisie zgłoszenia patentowego WO2017040156 ujawniony został układ do jednoczesnego osadzania materiałów termoplastycznych i materiałów termoutwardzalnych, mający zastosowanie do budowy rusztowań tkankowych metodą biodruku 3D. Jako materiał termoplastyczny użyty może być m.in. polikaprolakton (PCL) i/lub poli(alkohol winylowy) (PVA). Natomiast jako materiały termoutwardzalne można wykorzystać pochodne związków akrylowych: akrylan, diakrylan, metakrylan, a także epoksydy, silikony, diakrylan glikolu polietylenowego (PEGDA), kwas hialuronowy i chitozan. Opisany układ jest bardzo złożony i wymagający kontroli poszczególnych etapów. Niedogodnością tego rozwiązania jest również to, że rusztowania wytworzone na bazie związków akrylowych wymagają odpowiedniego oczyszczenia. W przeciwnym razie mogą działać cytotoksycznie na osadzane komórki.The description of the patent application WO2017040156 discloses a system for the simultaneous deposition of thermoplastic materials and thermosetting materials, applicable to the construction of tissue scaffolds using the 3D bioprinting method. The thermoplastic material can be polycaprolactone (PCL) and/or polyvinyl alcohol (PVA). As thermosetting materials, derivatives of acrylic compounds can be used: acrylate, diacrylate, methacrylate, as well as epoxides, silicones, polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), hyaluronic acid and chitosan. The described system is very complex and requires control of individual stages. The disadvantage of this solution is also the fact that the scaffolds made on the basis of acrylic compounds require proper cleaning. Otherwise, they may have a cytotoxic effect on the deposited cells.
Sposób wytwarzania materiału termoplastycznego jako filamentu do druku 3D zawierającego poli(alkohol winylowy), polikaprolakton oraz chitozan polega na tym, że roztwór chitozanu przygotowuje się w kwasie hydroksyoctowym lub mlekowym lub octowym, z którego następnie strąca się rozpuszczony chitozan roztworem zasady, uzyskany osad poddaje się separacji i przemywaniu, następnie zawieszeniu w odpowiedniej objętości wody destylowanej, tak aby w przeliczeniu na masę nieuwodnionego polimeru uzyskać 1% wodny roztwór, kolejno homogenizuje się i nasyca ditlenkiem węgla przy jednoczesnym mieszaniu mechanicznym zawiesiny do momentu rozpuszczenia chitozanu, charakteryzuje się według wynalazku tym, że w kolejnym etapie chitozan poddaje się kompatybilizacji do przetwórstwa z surowcami termoplastycznymi poprzez zmieszanie jego roztworu nasycanego dwutlenkiem węgla z wodnym roztworem hydrolizowanego poli (alkoholu winylowego), o stopniu hydrolizy co najmniej 75%, korzystnie 80%, gdzie udział masowy obu polimerów w odniesieniu do ich bezwodnych form wynosi 1:1. Dalej mieszaninę zamraża się w temperaturze w zakresie od -80°C do -18°C i wysusza sublimacyjne w warunkach ciśnienia w zakresie 0,9-6,0 mbar, przy różnicy temperatur pomiędzy kondensatorem liofilizatora a temperaturą półki, na której odbywa się suszenie w zakresie od 70°C do 140°C a następnie tak wysuszony kompozyt chitozanu i poli(alkoholu winylowego) po rozdrobnieniu miesza się z polikaprolaktonem zaś otrzymany filament poddaje się ekstruzji, korzystnie dwustopniowej.The method of producing a thermoplastic material as a 3D printing filament containing poly(vinyl alcohol), polycaprolactone and chitosan consists in preparing a solution of chitosan in hydroxyacetic or lactic acid or acetic acid, from which the dissolved chitosan is then precipitated with a base solution, the obtained precipitate is subjected to separation and washing, then suspension in an appropriate volume of distilled water so as to obtain a 1% aqueous solution based on the weight of the non-hydrated polymer, successively homogenized and saturated with carbon dioxide while mechanically stirring the suspension until the chitosan is dissolved, is characterized according to the invention in that in the next stage, chitosan is subjected to compatibilization for processing with thermoplastic raw materials by mixing its solution saturated with carbon dioxide with an aqueous solution of hydrolyzed poly(vinyl alcohol), with a degree of hydrolysis of at least 75%, preferably 80%, where the mass fraction of both polymers in relation to their of the anhydrous forms is 1:1. Next, the mixture is frozen at a temperature ranging from -80°C to -18°C and freeze-dried at a pressure in the range of 0.9-6.0 mbar, with a temperature difference between the lyophilizer condenser and the temperature of the shelf on which the drying takes place. in the range from 70°C to 140°C, and then the composite of chitosan and poly(vinyl alcohol) dried in this way, after grinding, is mixed with polycaprolactone, and the obtained filament is subjected to extrusion, preferably in two stages.
Wysuszony kompozyt chitozanu i poli(alkoholu winylowego) stanowi 20 do 40% udziału masowego, korzystnie 20% wytwarzanego materiału w postaci filamentu w osnowie z polikaprolaktonu, natomiast stężenie ditlenku węgla w finalnym roztworze chitozanu wykorzystywanym do tworzenia kompozytu z polialkoholem winylowym) o pH w zakresie 5,5-6,5 wynosi od 10 do 500 ppm.The dried composite of chitosan and poly(vinyl alcohol) constitutes 20 to 40% of the mass share, preferably 20%, of the produced material in the form of a filament in a matrix of polycaprolactone, while the concentration of carbon dioxide in the final solution of chitosan used to create the composite with polyvinyl alcohol) has a pH in the range 5.5-6.5 ranges from 10 to 500 ppm.
Korzystnie filament do druku 3D ekstruduje się metodą osadzania topionego materiału FDM przy temperaturze dyszy: 130--60°C i średnicy dyszy 0,4-3,0 mm.Preferably, the 3D printing filament is extruded by the method of deposition of fused FDM material at a nozzle temperature of 130-60°C and a nozzle diameter of 0.4-3.0 mm.
Poli(alkohol winylowy) podczas ekstruzji pełni rolę plastyfikatora/kompatybilizatora pomiędzy różniącymi się charakterem chemicznym chitozanem a polikaprolaktonem, stąd ważne jest uzyskanie jego jednorodnej mieszaniny z chitozanem bez udziału kwasu. Otrzymywanie materiału termoplastycznego wyżej opisaną metodą składa się z kilku nieskomplikowanych etapów, których efektem finalnym jest materiał biodegradowalny i biozgodny o aktywności przeciwdrobnoustrojowej, która zależy od stężenia chitozanu, stopnia deacetylacji i masy cząsteczkowej polimeru w gotowym materiale. Aby uzyskać możliwie najwyższą aktywność przeciwdrobnoustrojową korzystne jest zastosowanie chitozanu o niskiej masie cząsteczkowej, wysokim stopniu deacetylacji i 20% stężeniu (40% kompozytu CS-PVA) w filamencie.During extrusion, poly(vinyl alcohol) acts as a plasticizer/compatibilizer between the chemically different chitosan and polycaprolactone, hence it is important to obtain a homogeneous mixture with chitosan without the use of acid. Obtaining a thermoplastic material by the method described above consists of several uncomplicated stages, the final effect of which is a biodegradable and biocompatible material with antimicrobial activity, which depends on the concentration of chitosan, the degree of deacetylation and the molecular weight of the polymer in the finished material. To obtain the highest possible antimicrobial activity, it is preferable to use chitosan with low molecular weight, high degree of deacetylation and 20% concentration (40% CS-PVA composite) in the filament.
Zaletą tego sposobu otrzymywania materiału termoplastycznego jako filamentu do druku 3D jest to, że materiał ten nie wykazuje efektu cytotoksycznego względem linii komórkowej fibroblastów L929. Ponadto uzyskany sposobem według wynalazku filament zawierający od 10% do 20% masowych chitozanu posiada aktywność przeciwdrobnoustrojową.The advantage of this method of obtaining a thermoplastic material as a 3D printing filament is that this material does not have a cytotoxic effect on the L929 fibroblast cell line. In addition, the filament obtained by the method according to the invention, containing from 10% to 20% by weight of chitosan, has antimicrobial activity.
Wynalazek przedstawiony jest bliżej w przykładach wykonania.The invention is presented in more detail in embodiment examples.
Przykład 1Example 1
Do wytworzenia materiału termoplastycznego o aktywności przeciwdrobnoustrojowej użyto polikaprolakton (PCL) o niskiej masie cząsteczkowej w zakresie 50-60 kDa, temperaturze topnienia 60°C i indeksie topnienia 8 g/10 min, mierzonej w temperaturze 100°C, poli(alkohol winylowy) (PVA) o masie cząsteczkowej 9-10 kDa i stopniu hydrolizy 80% oraz chitozan (CS) o niskiej masie cząsteczkowej w zakresie 50-100 kDa i stopniu deacetylacji co najmniej 75%. W pierwszym etapie wytwarzania materiału termoplastycznego o aktywności przeciwdrobnoustrojowej przygotowano kompozyt chitozanu z poli(alkoholem winylowym).Polycaprolactone (PCL) with a low molecular weight in the range of 50-60 kDa, a melting point of 60°C and a melting index of 8 g/10 min, measured at 100°C, was used to produce a thermoplastic material with antimicrobial activity, poly(vinyl alcohol) ( PVA) with a molecular weight of 9-10 kDa and a degree of hydrolysis of 80%, and chitosan (CS) with a low molecular weight in the range of 50-100 kDa and a degree of deacetylation of at least 75%. In the first stage of the production of a thermoplastic material with antimicrobial activity, a composite of chitosan and poly(vinyl alcohol) was prepared.
g chitozanu rozpuszczono się w 975 g 0,3 M wodnego roztworu kwasu hydroksyoctowego i mieszano z wykorzystaniem mieszadła mechanicznego przy prędkości obrotowej w zakresie 100-200 RPM do momentu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu. Następnie w trakcie mieszania do roztworu chitozanu porcjami dodawano 1 M roztwór wodorotlenku sodu, do momentu uzyskania wartości pH roztworu równego 8. Uzyskany w ten sposób osad chitozanu odseparowano z wykorzystaniem zestawu do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem. Oddzielony osad naprzemiennie przemywano wodą destylowaną i odsączano, do momentu kiedy pH wody przemywającej osiągnie wartość w zakresie 6,5-7. Przemyty i oddzielony pod obniżonym ciśnieniem osad uzupełniono wodą destylowaną w takiej ilości, aby w przeliczeniu na masę nieuwodnionego polimeru (przed strąceniem), uzyskać 1% wodny roztwór. Przygotowaną w ten sposób zawiesinę osadu chitozanu poddano homogenizacji przez 1 minutę przy prędkości obrotowej równiej 10000 RPM, a następnie nasycaniu gazowym ditlenkiem węgla w ilości 100 mL/min w otwartym zbiorniku przy jednoczesnym mieszaniu mechanicznym z prędkością obrotową 300 RPM do momentu uzyskania jednorodnego i przejrzystego roztworu, co jest jednoznaczne z rozpuszczeniem się chitozanu przy stężeniu ditlenku węgla w zakresie 10-500 ppm. pH otrzymanego w ten sposób roztworu chitozanu mieści się w zakresie 5,5-6,5. Roztwór poli(alkoholu winylowego) przygotowano poprzez rozpuszczenie jego odpowiedniej naważki w wodzie destylowanej o temperaturze w zakresie 50-60°C, tak aby stężenie roztworu polimeru wyniosło 10% (m/m). W kolejnym kroku gotowe roztwory chitozanu w kwasie węglowym oraz poli(alkoholu winylowego) zmieszano się ze sobą w taki sposób, aby udział masowy obu polimerów w odniesieniu do ich form bezwodnych wyniósł 1:1.g of chitosan was dissolved in 975 g of a 0.3 M aqueous solution of hydroxyacetic acid and mixed with a mechanical stirrer at a rotational speed in the range of 100-200 RPM until a homogeneous, clear solution was obtained. Then, while stirring, a 1 M sodium hydroxide solution was added in portions to the chitosan solution until the pH value of the solution was equal to 8. The chitosan precipitate obtained in this way was separated using a vacuum filtration set. The separated precipitate was alternately washed with distilled water and filtered off until the pH of the washing water reached a value in the range of 6.5-7. The precipitate, washed and separated under reduced pressure, was supplemented with distilled water in such an amount to obtain a 1% aqueous solution based on the weight of the non-hydrated polymer (before precipitation). The chitosan slurry prepared in this way was homogenized for 1 minute at a rotational speed of 10,000 RPM, and then saturated with gaseous carbon dioxide in the amount of 100 mL/min in an open tank with simultaneous mechanical stirring at a rotational speed of 300 RPM until a homogeneous and transparent solution was obtained. , which is tantamount to the dissolution of chitosan at a concentration of carbon dioxide in the range of 10-500 ppm. The pH of the chitosan solution obtained in this way is in the range of 5.5-6.5. The poly(vinyl alcohol) solution was prepared by dissolving its appropriate weight in distilled water at a temperature in the range of 50-60°C, so that the concentration of the polymer solution was 10% (m/m). In the next step, ready solutions of chitosan in carbonic acid and poly(vinyl alcohol) were mixed together in such a way that the mass fraction of both polymers in relation to their anhydrous forms was 1:1.
W kolejnym etapie roztwory kompozytowe poddano mrożeniu w temperaturze -24°C przez okres 12 godzin, a następnie suszeniu sublimacyjnemu przy ciśnieniu max. 1 mbara i różnicy temperatur między temp. kondensatora liofilizatora a temperaturą półki, na której odbywa się suszenie równej co najmniej 70°C, w czasie 72 godzin. Wysuszony sublimacyjnie kompozyt CS/PVA poddano mechanicznemu rozdrobnieniu z wykorzystaniem młynka do postaci gruboziarnistego proszku. Rozdrobniony kompozyt zmieszano z granulatem polikaprolaktonu, tak aby jego udział stanowił 40% masowych mieszaniny. Po dokładnym wymieszaniu składników, mieszaninę poddano ekstruzji w temperaturze 130°C. Wytłaczane włókno o średnicy 2-5 mm wychładzano powietrzem o temperaturze 20-30°C i poddano granulacji w procesie ciągłym. Następnie uzyskany granulat poddano ponownej ekstruzji w temperaturze 130°C przy zastosowaniu głowicy o średnicy w zakresie 1-3 mm.In the next stage, the composite solutions were frozen at -24°C for 12 hours, and then freeze dried at a pressure of max. 1 mbar and a temperature difference between the temperature of the lyophilizer condenser and the temperature of the shelf on which the drying takes place, equal to at least 70°C, during 72 hours. The freeze-dried CS/PVA composite was subjected to mechanical fragmentation using a mill to form a coarse-grained powder. The comminuted composite was mixed with polycaprolactone granulate so that its share was 40% by weight of the mixture. After thorough mixing of the ingredients, the mixture was extruded at 130°C. The extruded fiber with a diameter of 2-5 mm was cooled with air at a temperature of 20-30°C and granulated in a continuous process. Then, the obtained granulate was subjected to re-extrusion at a temperature of 130°C using a head with a diameter in the range of 1-3 mm.
Przykład 2Example 2
Do wytworzenia materiału termoplastycznego o aktywności przeciwdrobnoustrojowej użyto polikaprolakton (PCL) średniej masie cząsteczkowej w zakresie 70-80 kDa, temperaturze topnienia 60°C i indeksie topnienia w zakresie 11 g/10 min, mierzonej w temperaturze 100°C, poli(alkohol winylowy) (PVA) o masie cząsteczkowej 10 kDa i stopniu hydrolizy 80%, chitozan (CS) o średniej masie cząsteczkowej w zakresie 200-250 kDa i stopniu deacetylacji co najmniej 75%. W pierwszym etapie wytwarzania materiału termoplastycznego o aktywności przeciwdrobnoustrojowej przygotowano kompozyt chitozanu z poli(alkoholem winylowym).Polycaprolactone (PCL) with an average molecular weight in the range of 70-80 kDa, a melting point of 60°C and a melting index of 11 g/10 min, measured at 100°C, poly(vinyl alcohol) was used to produce a thermoplastic material with antimicrobial activity (PVA) with a molecular weight of 10 kDa and a degree of hydrolysis of 80%, chitosan (CS) with an average molecular weight in the range of 200-250 kDa and a degree of deacetylation of at least 75%. In the first stage of the production of a thermoplastic material with antimicrobial activity, a composite of chitosan and poly(vinyl alcohol) was prepared.
g chitozanu rozpuszczono w 975 g 0,1 M wodnego roztworu kwasu mlekowego i mieszano z wykorzystaniem mieszadła mechanicznego przy prędkości obrotowej 200 RPM do momentu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu. Następnie w trakcie mieszania do roztworu chitozanu porcjami dodawano 1 M roztwór wodorotlenku sodu, do momentu uzyskania wartości pH roztworu równego 8. Uzyskany w ten sposób osad chitozanu odseparowano z wykorzystaniem zestawu do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem. Oddzielony osad naprzemiennie przemywano wodą destylowaną i odsączano, do momentu kiedy pH wody przemywającej osiągnie wartość w zakresie 6,5-7. Przemyty i oddzielony pod obniżonym ciśnieniem osad uzupełniono wodą destylowaną w takiej ilości, aby w przeli czeniu na masę nieuwodnionego polimeru (przed strąceniem), uzyskać 1% wodny roztwór. Przygotowaną w ten sposób zawiesinę osadu chitozanu poddano homogenizacji przez 1 minutę przy prędkości obrotowej równiej 10000 RPM, a następnie nasycaniu gazowym ditlenkiem węgla w ilości 75 mL/min w otwartym zbiorniku przy jednoczesnym mieszaniu mechanicznym z prędkością obrotową w zakresie 200 RPM do momentu uzyskania jednorodnego i przejrzystego roztworu, co jest jednoznaczne z rozpuszczeniem się chitozanu przy stężeniu ditlenku węgla w zakresie 10-500 ppm. pH otrzymanego w ten sposób roztworu chitozanu mieści się w zakresie 5,5-6,5. Roztwór poli(alkoholu winylowego) przygotowano poprzez rozpuszczenie jego odpowiedniej naważki w wodzie destylowanej o temperaturze w zakresie 50-60°C, tak aby stężenie roztworu polimeru wyniosło 7,5% (m/m).g of chitosan was dissolved in 975 g of a 0.1 M aqueous lactic acid solution and stirred using a mechanical stirrer at a rotational speed of 200 RPM until a homogeneous, clear solution was obtained. Then, while stirring, a 1 M sodium hydroxide solution was added in portions to the chitosan solution until the pH value of the solution was equal to 8. The chitosan precipitate obtained in this way was separated using a vacuum filtration set. The separated precipitate was alternately washed with distilled water and filtered off until the pH of the washing water reached a value in the range of 6.5-7. The precipitate, washed and separated under reduced pressure, was supplemented with distilled water in such an amount to obtain a 1% aqueous solution based on the weight of the non-hydrated polymer (before precipitation). The chitosan slurry prepared in this way was homogenized for 1 minute at a rotational speed of 10,000 RPM, and then saturated with gaseous carbon dioxide in the amount of 75 mL/min in an open tank with simultaneous mechanical stirring at a rotational speed in the range of 200 RPM until a homogeneous and clear solution, which is tantamount to dissolution of chitosan at a concentration of carbon dioxide in the range of 10-500 ppm. The pH of the chitosan solution obtained in this way is in the range of 5.5-6.5. The poly(vinyl alcohol) solution was prepared by dissolving its appropriate weight in distilled water at a temperature in the range of 50-60°C, so that the concentration of the polymer solution was 7.5% (m/m).
W kolejnym kroku gotowe roztwory chitozanu w kwasie węglowym oraz poli(alkoholu winylowego) zmieszano ze sobą w taki sposób, aby udział masowy obu polimerów w odniesieniu do ich form bezwodnych wyniósł 1:1. W kolejnym kroku roztwory kompozytowe poddano mrożeniu w temperaturze -18°C przez okres 18 godzin, a następnie suszeniu sublimacyjnemu przy ciśnieniu max. 1 mbara i różnicy temperatur między temp. kondensatora liofilizatora a temperaturą półki, na której odbywa się suszenie równej co najmniej 100°C, w czasie 68 godzin. Wysuszony sublimacyjnie kompozyt CS/PVA poddano mechanicznemu rozdrobnieniu z wykorzystaniem młynka do postaci gruboziarnistego proszku. Rozdrobniony kompozyt zmieszano z granulatem polikaprolaktonu, tak aby jego udział stanowił 30% masowych mieszaniny. Po dokładnym wymieszaniu składników, mieszaninę poddano ekstruzji w temperaturze 150°C. Wytłaczane włókno o średnicy 1-3 mm wychładzane było powietrzem o temperaturze 20-30°C i poddane granulacji w procesie ciągłym. Następnie uzyskany granulat poddano ponownej ekstruzji w temperaturze 150°C przy zastosowaniu głowicy o średnicy w zakresie 0,4-3 mm.In the next step, ready solutions of chitosan in carbonic acid and poly(vinyl alcohol) were mixed together in such a way that the mass fraction of both polymers in relation to their anhydrous forms was 1:1. In the next step, the composite solutions were frozen at -18°C for 18 hours, and then freeze dried at a pressure of max. 1 mbar and the temperature difference between the temperature of the lyophilizer condenser and the temperature of the shelf on which the drying takes place, equal to at least 100°C, during 68 hours. The freeze-dried CS/PVA composite was subjected to mechanical fragmentation using a mill to form a coarse-grained powder. The comminuted composite was mixed with polycaprolactone granulate so that its share was 30% by weight of the mixture. After thorough mixing of the ingredients, the mixture was extruded at 150°C. The extruded fiber with a diameter of 1-3 mm was cooled with air at a temperature of 20-30°C and granulated in a continuous process. Then, the obtained granulate was subjected to re-extrusion at a temperature of 150°C using a head with a diameter in the range of 0.4-3 mm.
Przykład 3Example 3
Do wytworzenia materiału termoplastycznego o aktywności przeciwdrobnoustrojowej użyto polikaprolakton (PCL) wysokiej masy cząsteczkowej w zakresie 100-120 kDa, temperaturze topnienia 60°C i indeksie topnienia 5 g/10 min, mierzonego w temperaturze 160°C, poli(alkohol winylowy) (PVA) o masie cząsteczkowej 10 kDa i stopniu hydrolizy 75%, chitozan (CS) o wysokiej masie cząsteczkowej w zakresie 300-400 kDa i stopniu deacetylacji co najmniej 75%. W pierwszym etapie wytwarzania materiału termoplastycznego o aktywności przeciwdrobnoustrojowej przygotowano kompozyt chitozanu z polialkoholem winylowym).To produce a thermoplastic material with antimicrobial activity, polycaprolactone (PCL) of high molecular weight in the range of 100-120 kDa, melting point of 60°C and melting index of 5 g/10 min, measured at 160°C, poly(vinyl alcohol) (PVA ) with a molecular weight of 10 kDa and a degree of hydrolysis of 75%, chitosan (CS) with a high molecular weight in the range of 300-400 kDa and a degree of deacetylation of at least 75%. In the first stage of the production of a thermoplastic material with antimicrobial activity, a composite of chitosan and polyvinyl alcohol was prepared.
g chitozanu rozpuszczono w 990 g 0,5 M wodnego roztworu kwasu hydroksyoctowego i mieszano z wykorzystaniem mieszadła mechanicznego przy prędkości obrotowej w zakresie 100-200 RPM do momentu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu. Następnie w trakcie mieszania do roztworu chitozanu porcjami dodawano 0,5 M roztwór wodorotlenku sodu, do momentu uzyskania wartości pH roztworu równego 8. Uzyskany w ten sposób osad chitozanu odseparowano z wykorzystaniem zestawu do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem. Oddzielony osad naprzemiennie przemywano wodą destylowaną i odsączano, do momentu kiedy pH wody przemywającej osiągnie wartość w zakresie 6,5-7. Przemyty i oddzielony pod obniżonym ciśnieniem osad uzupełniono wodą destylowaną w takiej ilości, aby w przeliczeniu na masę nieuwodnionego polimeru (przed strąceniem), uzyskać 1% wodny roztwór. Przygotowaną w ten sposób zawiesinę osadu chitozanu poddano homogenizacji przez 2 minuty przy prędkości obrotowej równiej 20000 RPM, a następnie nasycaniu gazowym ditlenkiem węgla w zbiorniku ciśnieniowym wyposażonym w zawór bezpieczeństwa przy ciśnieniu roboczym 2 barów, przy jednoczesnym mieszaniu mechanicznym z prędkością obrotową 300 RPM do momentu uzyskania jednorodnego i przejrzystego roztworu, co jest jednoznaczne z rozpuszczeniem się chitozanu przy stężeniu ditlenku węgla w zakresie 10-500 ppm. pH otrzymanego w ten sposób roztworu chitozanu mieści się w zakresie 5,5-6,5. Roztwór poli(alkoholu winylowego) przygotowano poprzez rozpuszczenie jego odpowiedniej naważki w wodzie destylowanej o temperaturze w zakresie 50-60°C, tak aby stężenie roztworu polimeru wyniosło 5% (m/m).g of chitosan was dissolved in 990 g of a 0.5 M aqueous solution of hydroxyacetic acid and mixed with a mechanical stirrer at a rotational speed in the range of 100-200 RPM until a homogeneous, clear solution was obtained. Then, while stirring, 0.5 M sodium hydroxide solution was added in portions to the chitosan solution until the pH value of the solution was equal to 8. The chitosan precipitate obtained in this way was separated using a vacuum filtration set. The separated precipitate was alternately washed with distilled water and filtered off until the pH of the washing water reached a value in the range of 6.5-7. The precipitate, washed and separated under reduced pressure, was supplemented with distilled water in such an amount to obtain a 1% aqueous solution based on the weight of the non-hydrated polymer (before precipitation). The suspension of chitosan sediment prepared in this way was homogenized for 2 minutes at a rotational speed of 20,000 RPM, and then saturated with gaseous carbon dioxide in a pressure tank equipped with a safety valve at a working pressure of 2 bar, with simultaneous mechanical stirring at a rotational speed of 300 RPM, until a homogeneous and transparent solution, which is tantamount to dissolving chitosan at a concentration of carbon dioxide in the range of 10-500 ppm. The pH of the chitosan solution obtained in this way is in the range of 5.5-6.5. The poly(vinyl alcohol) solution was prepared by dissolving its appropriate weight in distilled water at a temperature in the range of 50-60°C, so that the concentration of the polymer solution was 5% (m/m).
W kolejnym kroku gotowe roztwory chitozanu w kwasie węglowym oraz poli(alkoholu winylowego) zmieszano ze sobą w taki sposób, aby udział masowy obu polimerów w odniesieniu do ich form bezwodnych wyniósł 1:1. W kolejnym kroku roztwory kompozytowe poddano mrożeniu w temperaturę -80°C przez okres 6 godzin, a następnie suszeniu sublimacyjnemu przy ciśnieniu max. 6 mbara i różnicy temperatur między temp. kondensatora liofilizatora a temperaturą półki, na której odbywa się suszenie równej co najmniej 140°C, w czasie 24 godzin. Wysuszony sublimacyjnie kompozyt CS/PVA poddano mechanicznemu rozdrobnieniu z wykorzystaniem młynka do postaci gruboziarnistego proszku. Rozdrobniony kompozyt zmieszano z granulatem polikaprolaktonu, tak aby jego udział stanowił 20% masoIn the next step, ready solutions of chitosan in carbonic acid and poly(vinyl alcohol) were mixed together in such a way that the mass fraction of both polymers in relation to their anhydrous forms was 1:1. In the next step, the composite solutions were frozen at -80°C for 6 hours, and then freeze dried at a pressure of max. 6 mbar and a temperature difference between the temperature of the lyophilizer condenser and the temperature of the shelf on which the drying takes place, equal to at least 140°C, within 24 hours. The freeze-dried CS/PVA composite was subjected to mechanical fragmentation using a mill to form a coarse-grained powder. The comminuted composite was mixed with polycaprolactone granulate so that its share was 20% by weight.
PL 242810 Β1 wych mieszaniny. Po dokładnym wymieszaniu składników, mieszaninę poddano ekstruzji w temperaturze 160°C. Wytłaczane włókno o średnicy 2-3 mm wychładzano powietrzem o temperaturze 20-30°C i poddano granulacji w procesie ciągłym. Następnie uzyskany granulat poddano ponownej ekstruzji w temperaturze 160°C przy zastosowaniu głowicy o średnicy w zakresie 0,4-3 m.EN 242810 B1 of the mixtures. After thorough mixing of the ingredients, the mixture was extruded at 160°C. The extruded fiber with a diameter of 2-3 mm was cooled with air at a temperature of 20-30°C and granulated in a continuous process. Then, the obtained granulate was re-extruded at 160°C using a head with a diameter in the range of 0.4-3 m.
Przykład 4Example 4
W celu potwierdzenia otrzymania przeciwdrobnoustrojowego materiału termoplastycznego, który nie ulega degradacji wskutek obecności pozostałości kwasu do rozpuszczania chitozanu, przeprowadzono testy termostatowania kompozytu CS-PVA (Tabela 1) oraz pomiary właściwości mechanicznych, aktywności wobec bakterii Escherichia coli i Staphylococcus aureus, cytotoksyczności oraz drukowalności metodą osadzania topionego włókna (FDM) dla włókien otrzymanych według przykładów 1-3.In order to confirm the receipt of an antimicrobial thermoplastic material that is not degraded due to the presence of acid residues for dissolving chitosan, tests of thermostating the CS-PVA composite (Table 1) and measurements of mechanical properties, activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacteria, cytotoxicity and printability by deposition method were carried out. fused fiber (FDM) for the fibers obtained according to examples 1-3.
Tabela 1. Potwierdzenie destrukcyjnej roli kwasów mineralnych standardowo wykorzystywanych do rozpuszczania chitozanu w jego kompozytach z poli(alkoholem winylowym) po 5-godzinnej obróbce temperaturowej w 160°C.Table 1. Confirmation of the destructive role of mineral acids normally used to dissolve chitosan in its composites with poly(vinyl alcohol) after a 5-hour temperature treatment at 160°C.
Tabela 2. Właściwości fizykochemiczne, biologiczne i użytkowe otrzymanych włókien według przykładu 1-3.Table 2. Physicochemical, biological and functional properties of the obtained fibers according to examples 1-3.
Przeprowadzony test termostatowania kompozytów potwierdził, że zastosowanie metody ich przygotowania poprzez połączenie hydrożelu chitozanu w kwasie węglowym oraz roztworu polialkoholu winylowego), a następnie liofilizację zamrożonej mieszaniny tych polimerów, pozwala na uzyskanie stabilnego termicznie kompozytu, który nie ulega degradacji w temp, do 160°C w trakcie kilkugodzinnego ogrzewania. Cechy tej nie posiadają kompozyty chitozanu z poli(alkoholem winylowym), w których obecny jest kwas mineralny (np. octowy, chlorowodorowy) wykorzystywany w klasycznych metodach rozpuszczania chitozanu. Tym samym udowodniono, że materiały wyprodukowane tym sposobem nie będą degradować podczas procesu ekstruzji, który wymaga podwyższonej temperatury, a kompozyt chitozan poli(alkohol winylu) może stanowić składnik materiałów termoplastycznych z wykorzystaniem osnowy w postaci polikaprolaktonu. Testy aktywności przeciwdrobnoustrojowej potwierdziły, że oba materiały wykazują aktywność co najmniej bakteriostatyczną, przy czym materiał zawierający 20% chitozanu, opisany w przykładzie wykonania 1, pozwala na redukcję bakterii S. aureus i E. coli o co najmniej 99% przy początkowym obciążeniu mikrobiologicznym komórkami wyżej wymienionych bakterii na poziomie 1-5 x 107 jtk/ mL hodowli. Natomiast materiał zawierający 10% chitozanu, opisany w przykładzie wykonania 3, pozwala na redukcję bakterii S. aureus i E. coli o 50 do 90% przy takim samym początkowym obciążeniu mikrobiologicznym komórkami wyżej wymienionych bakterii. Test cytotoksyczności metodą MTT względem linii fibroblastów mysich L929 potwierdził, że przeżywalność komórek w kontakcie z wytworzonym materiałem jest wyższa niż 80%. Taki wynik oznacza brak efektu cytotoksycznego i potencjalną zgodność materiału jako rusztowania do hodowli komórkowej.The test of thermosetting of composites confirmed that the use of the method of their preparation by combining chitosan hydrogel in carbonic acid and a solution of polyvinyl alcohol, followed by lyophilization of the frozen mixture of these polymers, allows to obtain a thermally stable composite that does not degrade at temperatures up to 160°C. during several hours of heating. This feature is not present in composites of chitosan with poly(vinyl alcohol), in which mineral acid (e.g. acetic, hydrochloric) is present, used in classical methods of dissolving chitosan. Thus, it was proved that the materials produced in this way will not degrade during the extrusion process, which requires elevated temperature, and the poly(vinyl alcohol) chitosan composite can be a component of thermoplastic materials using a polycaprolactone matrix. Antimicrobial activity tests confirmed that both materials exhibit at least bacteriostatic activity, with the material containing 20% chitosan, described in embodiment 1, allowing the reduction of S. aureus and E. coli bacteria by at least 99% at the initial microbial load with cells above of the listed bacteria at the level of 1-5 x 107 CFU/mL culture. In contrast, the material containing 10% chitosan, described in embodiment 3, allows a reduction of S. aureus and E. coli by 50 to 90% with the same initial microbial load with the cells of the above-mentioned bacteria. The MTT cytotoxicity test against the L929 mouse fibroblast line confirmed that cell survival in contact with the produced material is higher than 80%. Such a result means no cytotoxic effect and potential compatibility of the material as a cell culture scaffold.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL435877A PL242810B1 (en) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | Method of producing a thermoplastic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL435877A PL242810B1 (en) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | Method of producing a thermoplastic material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL435877A1 PL435877A1 (en) | 2022-05-09 |
PL242810B1 true PL242810B1 (en) | 2023-04-24 |
Family
ID=81534657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL435877A PL242810B1 (en) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | Method of producing a thermoplastic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL242810B1 (en) |
-
2020
- 2020-11-04 PL PL435877A patent/PL242810B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL435877A1 (en) | 2022-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rodriguez-Rodriguez et al. | Composite hydrogels based on gelatin, chitosan and polyvinyl alcohol to biomedical applications: A review | |
Seidi et al. | Chitosan-based blends for biomedical applications | |
Taemeh et al. | Fabrication challenges and trends in biomedical applications of alginate electrospun nanofibers | |
Maghsoudi et al. | Burgeoning polymer nano blends for improved controlled drug release: a review | |
Zhao et al. | Accelerated skin wound healing by soy protein isolate–modified hydroxypropyl chitosan composite films | |
EP3763397B1 (en) | Hemostatic foam | |
US8735571B2 (en) | Composition, preparation, and use of dense chitosan membrane materials | |
Batista et al. | Alginate: Pharmaceutical and medical applications | |
Hadizadeh et al. | A bifunctional electrospun nanocomposite wound dressing containing surfactin and curcumin: in vitro and in vivo studies | |
Parente et al. | Biodegradable polymers for microencapsulation systems | |
EP2956184B1 (en) | Silk based porous scaffold and a process for the preparation thereof | |
EP2793908A1 (en) | Composition, preparation, and use of dense chitosan membrane materials | |
WO2008103017A1 (en) | Biodegradable porous composite and hybrid composite of biopolymers and bioceramics | |
Houacine et al. | Potential of natural biomaterials in nano-scale drug delivery | |
Afshar et al. | Binary polymer systems for biomedical applications | |
Deshmukh et al. | A review on biopolymer-derived electrospun nanofibers for biomedical and antiviral applications | |
Sahini | Polylactic acid (PLA)-based materials: a review on the synthesis and drug delivery applications | |
Ghosal et al. | Polyvinyl alcohol-based bionanocomposites: synthesis, properties, and applications | |
Venkatesan et al. | Chitosan-based polysaccharide biomaterials | |
PL242810B1 (en) | Method of producing a thermoplastic material | |
Sitab et al. | Fabrication of chitosan-based biomaterials: Techniques and designs | |
WO2017116355A1 (en) | Tissue scaffold with enhanced biocompatibility and mechanical properties and a method for producing it | |
US11497810B2 (en) | System for administering biologically active substances produced by foaming techniques using compressed gases or supercritical fluids | |
Bita et al. | Improvement in mechanical properties and biodegradability of PLA using poly (ethylene glycol) and triacetin for antibacterial wound dressing applications | |
WO2020254626A1 (en) | Crosslinkable hydrogel compositions |