RU2756421C1 - Method for radiation sterilisation of biodegradable hydrogels based on chitosan - Google Patents
Method for radiation sterilisation of biodegradable hydrogels based on chitosan Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756421C1 RU2756421C1 RU2020144093A RU2020144093A RU2756421C1 RU 2756421 C1 RU2756421 C1 RU 2756421C1 RU 2020144093 A RU2020144093 A RU 2020144093A RU 2020144093 A RU2020144093 A RU 2020144093A RU 2756421 C1 RU2756421 C1 RU 2756421C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- irradiation
- sterilization
- chitosan
- temperature
- energy
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/08—Radiation
- A61L2/087—Particle radiation, e.g. electron-beam, alpha or beta radiation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к органической химии, биологии, медицине.The invention relates to organic chemistry, biology, medicine.
Известен способ «Стерилизация биоразлагаемых гидрогелей» (Патент RU 2555847 С9, владелец «Асцендис Фарма АС», дата отсчета срока действия: 28.10.2010 г.), который для основанного на полиэтиленгликоле биоразлагаемом нерастворимом гидрогеле с основными структурными единицами, соединенными между собой разлагаемыми гидролитическим путем связями, предусматривает стерилизацию действием гамма-излучения с дозой от 5 до 100 кГр (или иначе от 0,5 до 10 Мрад).There is a known method "Sterilization of biodegradable hydrogels" (Patent RU 2555847 C9, owner of "Ascendis Pharma AS", validity date: 28.10.2010), which for a polyethylene glycol-based biodegradable insoluble hydrogel with basic structural units interconnected by degradable hydrolytic by means of bonds, provides for sterilization by the action of gamma radiation with a dose of 5 to 100 kGy (or otherwise from 0.5 to 10 Mrad).
Недостатком способа является его то, что стерилизация гамма-излучением влияет и на такие свойства основанных на полиэтиленгликолях гидрогелей, как набухание и однородность (Kanjickal D, Lopina S, Evancho-Chapman MM, Schmidt S, Donovan D. Effects of sterilization on poly(ethylene glycol) hydrogels. J Biomed Mater Res A. 2008 Dec 1;87(3):608-17. doi: 10.1002/jbm.a.31811. PMID: 18186054.), среди которых набухание представляет собой важную характеристику транспортной функции геля как, например, носителя терапевтических агентов, что является важным показателем для гидрогелей, в частности, на основе хитозана.The disadvantage of this method is that sterilization by gamma radiation also affects such properties of hydrogels based on polyethylene glycols as swelling and homogeneity (Kanjickal D, Lopina S, Evancho-Chapman MM, Schmidt S, Donovan D. Effects of sterilization on poly (ethylene glycol) hydrogels. J Biomed Mater Res A. 2008 Dec 1; 87 (3): 608-17. doi: 10.1002 / jbm.a.31811. PMID: 18186054.), among which swelling is an important characteristic of the transport function of the gel as , for example, a carrier of therapeutic agents, which is an important indicator for hydrogels, in particular, based on chitosan.
Известны также способы получения композиций хитозана, стерилизуемых путем нагрева в комбинации со стерилизацией паром (Патент RU 2017118261 А от 2014.10.29); способ получения пористых материалов на основе хитозана со стерилизацией в водном растворе диэтилпирокарбоната с концентрацией 0,02-0,03% (Патент RU 2699562 С1 от 2019.05.27); способ получения хирургического барьерного материала на основе полисахаридов со стерилизацией ультрафиолетовым облучением (Патент RU 2627666 С1 от 2016.08.12) и способ получения наполненного частицами сорбента макропористого полимерного материала (Патент RU 2601605 С1 от 2015.09.16) - все указанные способы подразумевают работу с хитозаном либо его производными.There are also known methods for producing chitosan compositions sterilized by heating in combination with steam sterilization (Patent RU 2017118261 A from 2014.10.29); a method for producing porous materials based on chitosan with sterilization in an aqueous solution of diethyl pyrocarbonate with a concentration of 0.02-0.03% (Patent RU 2699562 C1 from 2019.05.27); a method of obtaining a surgical barrier material based on polysaccharides with sterilization by ultraviolet irradiation (Patent RU 2627666 C1 from 2016.08.12) and a method of obtaining a macroporous polymer material filled with sorbent particles (Patent RU 2601605 C1 from 2015.09.16) - all these methods imply work with chitosan either its derivatives.
Общими недостатками всех указанных способов в части стерилизации конечных изделий является недостаточная обоснованность выбора метода стерилизации: паровая стерилизация используется при автоклавировании, что с учетом типового режима (давление пара в 2.0 атм и его температуры свыше 121°С) может привести к значительному изменению структуры стерилизуемого материала на основе хитозана.The common disadvantages of all these methods in terms of sterilization of final products is the lack of validity of the choice of the sterilization method: steam sterilization is used during autoclaving, which, taking into account the typical mode (steam pressure of 2.0 atm and its temperature above 121 ° C), can lead to a significant change in the structure of the sterilized material based on chitosan.
Наиболее близким к предлагаемому является «Способ радиационной стерилизации изделий медицинского назначения из аморфно-кристаллических полимеров» (Патент RU 2111015 C1, патентообладатель: АО НПО «Центр передовых технологий», дата отсчета срока действия: 02.04.1993 г.), предусматривающий стерилизацию изделий медицинского назначения из аморфно-кристаллических полимеров (поликапроамид, полипропилен, полиэтилен высокого давления или смесь двух последних) облучением с использованием повышенной температуры, отличающийся тем, что облучение проводят β-лучами ускорителем электронов ИЛУ-6 на воздухе при температуре 40-160°С, но ниже температуры плавления полимера не менее чем на 15°С.The closest to the proposed one is the "Method of radiation sterilization of medical devices from amorphous crystalline polymers" (Patent RU 2111015 C1, patent holder: JSC NPO Center for Advanced Technologies, validity date: 02.04.1993), which provides for the sterilization of medical devices appointment from amorphous-crystalline polymers (polycaproamide, polypropylene, high-pressure polyethylene or a mixture of the latter two) by irradiation using an elevated temperature, characterized in that the irradiation is carried out with β-rays with an ILU-6 electron accelerator in air at a temperature of 40-160 ° C, but below the melting point of the polymer by at least 15 ° C.
Недостатком способа является его предназначение для стерилизации преимущественно мононитей из указанных полимерных волокон. Для стерилизации гидрогелей на основе хитозана данный способ неприменим, поскольку под воздействием высокой температуры в момент стерилизации произойдет деградация их свойств.The disadvantage of this method is its purpose for the sterilization of predominantly monofilaments from these polymer fibers. For sterilization of chitosan-based hydrogels, this method is inapplicable, since under the influence of high temperature at the time of sterilization, their properties will degrade.
Задача (технический результат) предлагаемого изобретения - создание способа стерилизации гидрогелей, свободного от вышеуказанных недостатков.The task (technical result) of the present invention is to create a method for sterilizing hydrogels, free from the above disadvantages.
Поставленная задача решается тем, что в способе радиационной стерилизации изделий медицинского назначения из биоразлагаемых гидрогелей на основе хитозана облучение проводят при температуре 20-23°С стабильно живущими ускоренными электронами с энергией 5 МэВ и длительностью импульса, обеспечивающей поглощенную дозу 15 кГр.The problem is solved by the fact that in the method of radiation sterilization of medical products from biodegradable hydrogels based on chitosan, irradiation is carried out at a temperature of 20-23 ° C with stably living accelerated electrons with an energy of 5 MeV and a pulse duration providing an absorbed dose of 15 kGy.
Экспериментально установлено, что облучение изделия при комнатной температуре стабильно живущими ускоренными электронами с энергией 5 МэВ и поглощенной дозой 15 кГр обеспечивает надежную стерилизацию при сохранении свойств материала.It has been experimentally established that irradiation of a product at room temperature with stably living accelerated electrons with an energy of 5 MeV and an absorbed dose of 15 kGy provides reliable sterilization while maintaining the properties of the material.
При повышенной плотности материала изделия целесообразно облучение проводить с двух сторон, для чего после первого этапа облучения изделие переворачивают и проводят повторное облучение при той же температуре и с той же энергией.With an increased density of the material of the article, it is advisable to carry out irradiation from both sides, for which, after the first stage of irradiation, the article is turned over and repeated irradiation is carried out at the same temperature and with the same energy.
Для стерилизации изделий из материала повышенной плотности и/или сложной конфигурации целесообразно разместить изделие на подложке из алюминия, а затем также провести облучение при комнатной температуре стабильно живущими ускоренными электронами с энергией 5 МэВ. В этом случае происходит отражение от подложки до 20% электронов с энергией до 2,5 МэВ. Тем самым происходит обработка обратной стороны изделия, что дает дополнительную равномерность при получении стерилизационной дозы, а соответственно позволяет обрабатывать изделия сложной конфигурации.To sterilize products made of a material of increased density and / or complex configuration, it is advisable to place the product on an aluminum substrate, and then irradiate at room temperature with stably living accelerated electrons with an energy of 5 MeV. In this case, up to 20% of electrons with energies up to 2.5 MeV are reflected from the substrate. Thus, the reverse side of the product is processed, which gives additional uniformity when receiving the sterilization dose, and, accordingly, allows processing products of complex configuration.
Таким образом, в предлагаемом способе используется облучение стабильно живущими ускоренными электронами на ускорителе электронов (например, ИЛУ-10) на воздухе при комнатной температуре (например, 20°С), с предварительно подобранным режимом облучения для максимального сохранения основных свойств гидрогелей хитозана после стерилизации. Для достижения этого нами было произведено сравнение способности гидрогелей хитозана (в которых хитозановое сырье исходно имеет среднюю молекулярную массу, например, порядка 500 кДа и степень деацетилирования, например, не менее 80%) к набуханию, как одной из важнейших для биоразлагаемых носителей характеристик, после использования различных методов стерилизации (автоклавирование при давлении в 2,0 атм и температуре 130°С, либо низкотемпературная стерилизация плазмой пероксида водорода либо стерилизация облучением ускоренными электронами с использованием энергии в 5 МэВ и поглощенной дозой в диапазоне от 5 до 25 кГр). Сравниваемые методы стерилизации были использованы в режимах, регламентированных стандартами ANSI/AAMI ST67:2003. Sterilization of health care products - Requirements for products labeled "STERILE" и ANSI/AAMI/ISO 11137: 2006. Sterilization of health care products, как режимах, обеспечивающих стерильность изделий медицинского назначения, с достижением степени стерильности в виде вероятности контаминации 10-3…10-6.Thus, the proposed method uses irradiation with stably living accelerated electrons on an electron accelerator (for example, ILU-10) in air at room temperature (for example, 20 ° C), with a pre-selected irradiation regime to maximize the preservation of the basic properties of chitosan hydrogels after sterilization. To achieve this, we compared the ability of chitosan hydrogels (in which chitosan raw materials initially have an average molecular weight, for example, about 500 kDa and a degree of deacetylation, for example, not less than 80%) to swell, as one of the most important characteristics for biodegradable carriers, after the use of various methods of sterilization (autoclaving at a pressure of 2.0 atm and a temperature of 130 ° C, or low-temperature sterilization with hydrogen peroxide plasma or sterilization by irradiation with accelerated electrons using an energy of 5 MeV and an absorbed dose in the range from 5 to 25 kGy). The compared sterilization methods were used in the modes regulated by the ANSI / AAMI ST67: 2003 standards. Sterilization of health care products - Requirements for products labeled "STERILE" and ANSI / AAMI / ISO 11137: 2006. Sterilization of health care products, as modes of ensuring the sterility of medical devices, with the achievement of a degree of sterility in the form of a contamination probability of 10 -3 ... 10 -6 .
Предлагаемое изобретение поясняется таблицей, представляющей результаты экспериментальных исследований по изменению степени набухания образцов полимеров после радиационной стерилизации.The proposed invention is illustrated by a table presenting the results of experimental studies on the change in the degree of swelling of polymer samples after radiation sterilization.
Проведенные исследования подтверждают промышленную применимость предлагаемого способа.The studies carried out confirm the industrial applicability of the proposed method.
Определение степени набухания изученных образцов после различных методов стерилизации показало (Таблица), что некоторые из известных методов стерилизации не разрушают образцы (не изменяется состав), но уменьшают степень набухания, причем в ряде случаев весьма значительно (в 1,5-2 раза).Determination of the degree of swelling of the studied samples after various methods of sterilization showed (Table) that some of the known methods of sterilization do not destroy the samples (the composition does not change), but reduce the degree of swelling, and in some cases it is very significant (1.5-2 times).
В конечном итоге, оптимальным способом стерилизации из числа испытанных, с точки зрения переносимости и сохранения способности образцов к набуханию, был признан способ стерилизации облучением стабильно живущими ускоренными электронами с использованием энергии в 5 МэВ и поглощенной дозой в 15 кГр, изменения величин набухания после которого были в пределах 4% для гидрогеля из хитозан - глутарового альдегида и в пределах 1% для гидрогеля из хитозан - гексаметилендиизоцианата.Ultimately, the optimal sterilization method from among those tested, from the point of view of tolerance and preservation of the swelling ability of samples, was recognized as the method of sterilization by irradiation with stably living accelerated electrons using an energy of 5 MeV and an absorbed dose of 15 kGy, after which the swelling values changed within 4% for a hydrogel from chitosan - glutaraldehyde and within 1% for a hydrogel from chitosan - hexamethylene diisocyanate.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144093A RU2756421C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for radiation sterilisation of biodegradable hydrogels based on chitosan |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144093A RU2756421C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for radiation sterilisation of biodegradable hydrogels based on chitosan |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756421C1 true RU2756421C1 (en) | 2021-09-30 |
Family
ID=78000084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020144093A RU2756421C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for radiation sterilisation of biodegradable hydrogels based on chitosan |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756421C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111015C1 (en) * | 1993-04-02 | 1998-05-20 | Акционерное научно-производственное общество "Центр передовых технологий" | Method of radiation sterilization of medicinal articles made of amorphous-crystalline polymers |
| US20180339087A1 (en) * | 2011-11-10 | 2018-11-29 | Covidien Lp | Hydrophilic medical devices |
-
2020
- 2020-12-29 RU RU2020144093A patent/RU2756421C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111015C1 (en) * | 1993-04-02 | 1998-05-20 | Акционерное научно-производственное общество "Центр передовых технологий" | Method of radiation sterilization of medicinal articles made of amorphous-crystalline polymers |
| US20180339087A1 (en) * | 2011-11-10 | 2018-11-29 | Covidien Lp | Hydrophilic medical devices |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| Plasma Modified Polymeric Materials for Scaffolding of Bone Tissue Engineering // Non-Thermal Plasma Technology for Polymeric Materials (pp.439-458) // DOI:10.1016/B978-0-12-813152-7.00016-01 // 31.01.2019. * |
| Plasma Modified Polymeric Materials for Scaffolding of Bone Tissue Engineering // Non-Thermal Plasma Technology for Polymeric Materials (pp.439-458) // DOI:10.1016/B978-0-12-813152-7.00016-01 // 31.01.2019. ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ИОНИЗИРУЮЩИХ И НЕИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ В АГРОБИОТЕХНОЛОГИЯХ // СБОРНИК ДОКЛАДОВ // Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ. - 128 с // 21.09.2016 г. * |
| Renata Czechowska-Biskup, at all. // 31.03.2016. Radiation Processing of Polymers for Medical and Pharmaceutical Applications // Darmawan Darwis at all. // Macromol. Symp. 353, 15-23 // DOI: 10.1002/masy.201550302 // * |
| Synthesis of chitosan and carboxymethyl chitosan hydrogels by electron beam irradiation // Progress on Chemistry and Application of Chitin and its Derivatives XXI:27 // DOI:10.15259/PCACD.21.03 // * |
| Synthesis of chitosan and carboxymethyl chitosan hydrogels by electron beam irradiation // Progress on Chemistry and Application of Chitin and its Derivatives XXI:27 // DOI:10.15259/PCACD.21.03 // Renata Czechowska-Biskup, at all. // 31.03.2016. Radiation Processing of Polymers for Medical and Pharmaceutical Applications // Darmawan Darwis at all. // Macromol. Symp. 353, 15-23 // DOI: 10.1002/masy.201550302 // WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim // 2015. Radiation synthesis and characterization of poly(ethylene oxide)/chitosan hydrogels // C. Branca, at all. // doi.org/10.1002/app.37866 // 04.05.2012. * |
| WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim // 2015. Radiation synthesis and characterization of poly(ethylene oxide)/chitosan hydrogels // C. Branca, at all. // doi.org/10.1002/app.37866 // 04.05.2012. * |
| ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ИОНИЗИРУЮЩИХ И НЕИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ В АГРОБИОТЕХНОЛОГИЯХ // СБОРНИК ДОКЛАДОВ // Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ. - 128 с // 21.09.2016 г. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| San Juan et al. | Degradation of chitosan-based materials after different sterilization treatments | |
| Razzak et al. | Irradiation of polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone blended hydrogel for wound dressing | |
| US7108832B2 (en) | Sterialization methods and apparatus which employ additive-containing supercritical carbon dioxide sterilant | |
| Ajji et al. | Production of hydrogel wound dressings using gamma radiation | |
| US9050392B2 (en) | Hydrogel and biomedical applications thereof | |
| Avetta et al. | Hernia-repair prosthetic devices functionalised with chitosan and ciprofloxacin coating: controlled release and antibacterial activity | |
| CA2138892C (en) | Radiochemical sterilization | |
| US20180147307A1 (en) | Methods for sterilizing compositions and resulting compositions | |
| De Silva et al. | Development of a PVP/kappa-carrageenan/PEG hydrogel dressing for wound healing applications in Sri Lanka | |
| CN1429559A (en) | Anti-adhesion isolator | |
| US20090110596A1 (en) | Sterilization methods and apparatus which employ additive-containing supercritical carbon dioxide sterilant | |
| Farno et al. | Low-energy electron beam sterilization of solid alginate and chitosan, and their polyelectrolyte complexes | |
| RU2756421C1 (en) | Method for radiation sterilisation of biodegradable hydrogels based on chitosan | |
| Francisco et al. | Sterilization of scaffolds of calcium phosphates and bacterial cellulose for their use in tissue regeneration | |
| Casimiro et al. | Characterisation of gamma irradiated chitosan/pHEMA membranes for biomedical purposes | |
| Beh et al. | Methods for sterilization of biopolymers for biomedical applications | |
| Barleany et al. | Effect of starch and chitosan addition on swelling properties of neutralized poly (acrylic acid)-based superabsorbent hydrogels prepared by using γ-irradiation technique | |
| Sceglovs et al. | Effect of steam sterilisation on physico-chemical properties of antibacterial covalently cross-linked ε-polylysine/hyaluronic acid hydrogels | |
| Hu et al. | Effects of gamma irradiation and moist heat for sterilization on sodium alginate | |
| RU2630464C1 (en) | Combined method for bone implants sterilisation | |
| Li et al. | Development of an antibacterial superabsorbent hydrogel based on tara gum grafted with polyacrylic acid | |
| JP2024502880A (en) | Biocompatible hydrogels containing hyaluronic acid, polyethylene glycol, and silicone-containing ingredients | |
| RU2756246C1 (en) | Method for obtaining bone implant based on sterile bone matrix | |
| EP1171169B1 (en) | Special cycle for ethylene oxide sterilization | |
| JP2007068696A (en) | Sterilization method and biocompatible material |