Способ обработки нити

Изобретение относится к технологии обработки волокнистых материалов в легкой промышленности. Способ включает импрегнирование нити раствором коллагена с антимикробным веществом и последующую сушку. Для импрегнирования нити используют водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией, по меньшей мере, одного бентонитового порошка, промодифицированного катионами Ag⁺ и/или Cu²⁺, при количестве этих металлов в порошке 2,0-8,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%: коллаген - 0,5-4,0, бентонитовый порошок - 2,0-8,0, вода - остальное. Для импрегнирования используют не более 50 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити. Дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляет не более 150 нм. Используют смесь наночастиц бентонитовых порошков, промодифицированных ионами Ag⁺ и Cu²⁺ с содержанием названных металлов 2-6 мас.% в смеси, при соотношении порошков 1÷(0,3-0,5) соответственно. Для получения водной наносистемы используют деионизованную воду. Техническим результатом изобретения является придание нити пролонгированных антимикробных свойств в отношении широкого спектра грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, а также адсорбционных свойств при одновременном снижении ее токсичности и стоимости технологического процесса. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии обработки волокнистых материалов в легкой промышленности.

Из уровня техники известны способ и состав для обработки пряжи (RU 2341602). Состав для обработки пряжи из полиэфирных волокон включает, мас.%: 50-54 полиэтиленгликоля-400, 42-44 глицерина и 4-6 этилового спирта, и обеспечивает достижение высокого коэффициента сцепления волокон в пряже (коэффициент статического трения) и низкого коэффициента трения пряжи, обработанной в растворе, по металлу деталей машин (коэффициент трения скольжения), однако данный способ и состав не пригодны для целей настоящего изобретения, изложенных далее.

Известна обработанная нить (RU 2309768), состоящая из ядра из полиамидной крученой или плетеной нити с оболочкой из хитозана с добавками антибиотика, биологически активных веществ на основе биомассы растений семейства аралиевых или моногидрат-1-гидроксигерматрана и противоопухолевого препарата. Известное решение обеспечивает комбинированное биологическое действие на раневую поверхность, однако недостатком данного решения является узкая направленность лекарственных препаратов, входящих в состав.

Известен способ обработки нити путем импрегнирования антимикробным веществом, сушки и последующего нанесения полимерной оболочки (US 4024871).

Недостатком способа является изоляция антимикробного вещества полимерным покрытием, в связи с чем антимикробное действие шовного материала весьма ограничено.

Из уровня техники известен также способ обработки хирургической нити (RU 2076740), выбранный в качестве ближайшего аналога. В данном патенте описан способ, заключающийся в импрегнировании шелковой нити 3%-ным коллагеновым раствором, сушке нити после ее пропитки и последующем импрегнировании коллагена антимикробным веществом бета-(5-нитрофурил-2)-акролеином.

Известное из прототипа техническое решение, благодаря использованию для обработки коллагенового раствора, обеспечивает высокий коэффициент прививки (сцепления) раствора с нитью для уменьшения ее гигроскопичности, капиллярности с одновременным приданием нити благоприятной гладкости, что приводит к снижению коэффициента трения при взаимодействии нити с тканью живого организма. Указанные обстоятельства существенны для изготовления из данных нитей шовного материала.

Однако существенным недостатком прототипа является то, что использование для обработки нити, в частности, хирургической, коллагена, модифицированного антисептическим препаратом бета-(5-нитрофурил-2)-акролеина, который относится к производным нитрофуранового ряда, может привести при использовании данного шовного материала к проявлению сенсибилизации кожи, что свидетельствует об ограниченной биосовместимости данного препарата в отношении тканей различных животных и человека. Нитрофураны имеют ярко выраженную видовую чувствительность. В частности, высокочувствительны к ним белые мыши, морские свинки, кролики, телята.

Кроме того, технологический процесс получения β-(5-нитрофурил)-акролеина, основанный на синтезе фурагина и фуракрилина, повышает затратную часть по модификации нити, что приводит к повышению стоимости всего технологического процесса обработки нити как шовного материала.

Техническим результатом заявленного изобретения является придание нити пролонгированных антимикробных свойств в отношении широкого спектра грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов при одновременном снижении ее токсичности и стоимости технологического процесса.

Технический результат достигается за счет способа обработки нити, заключающегося в импрегнировании нити раствором коллагена с антимикробным веществом и последующей сушке, в котором, согласно изобретению, для импрегнирования нити используют водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией, по меньшей мере, одного бентонитового порошка, промодифицированного катионами Ag⁺ и/или Cu²⁺, при количестве этих металлов в порошке 2,0-8,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	0,5-4,0
бентонитовый порошок	2,0-8,0
вода	остальное,

причем для импрегнирования используют не более 50 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити.

Способ характеризуется также тем, что дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляет не более 150 нм.

Способ характеризуется также тем, что используют смесь наночастиц бентонитовых порошков, промодифицированных ионами Ag⁺ и Cu²⁺, с содержанием названных металлов 2-6 мас.% в смеси, при соотношении порошков 1÷(0,3-0,5) соответственно, а для получения водной наносистемы используют деионизованную воду.

При реализации заявляемого изобретения обеспечивается антисептическая обработка нити с приданием ей пролонгированных антимикробных свойств в отношении широкого спектра грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов и при одновременном снижении ее токсичности.

Достигаемый заявляемым изобретением технический результат объясняется:

использованием для введения антисептического агента (нанодисперсии бентонитового порошка, промодифицированного ионами серебра и/или меди) нетоксичной биологической матрицы на основе водной наносистемы коллагена, являющегося структурообразующим компонентом для других активных веществ, действие которых в образованной системе усиливается;

наличием в обрабатываемой системе (обрабатываемый материал (ткани живого организма) - нить) экологически безопасного, не приводящего к сенсибилизационным процессам тканей живых организмов, препарата на основе водной наносистемы коллагена с нанодисперсией бентонитового порошка, промодифицированного ионами серебра или/и меди, для функциональных свойств которых характерен широкий спектр антимикробного воздействия на патогенную микрофлору;

использованием в составе для импрегнирования нити минералогического продукта - нанодисперсии бентонитового порошка, для «межпакетного» пространства которого характерна высокая сорбционную активность к растворам и к реакциям ионного замещения катионов одних металлов на катионы других металлов-заместителей, содержащихся в жидкостной основе обрабатываемого материала;

использованием в составе для импрегнирования нити антисептического агента в виде дисперсионной среды наночастиц бентонитового порошка, высокая удельная поверхность которого обеспечивает большую площадь контакта с бактериальной средой и повышает эффективность антимикробного воздействия;

использованием в заявляемом изобретении синергетически совместимых смесей бентонитовых порошков, промодифицированных ионами названных металлов;

использованием в заявляемом изобретении для импрегнирования нити препарата с низкозатратной частью антибактериального агента на основе минералогического продукта.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и реализующих вышеописанный результат пролонгирующего действия по антисептической обработке волокнистых материалов, используемых для изготовления изделий бытового и медицинского назначения.

Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость», что подтверждается нижеприведенным описанием.

Для реализации изобретения используют готовые к применению медицинское и лабораторное оборудование, товарные продукты, а также известные технологические процессы:

коллаген - натуральный биологический продукт, полученный из гольего спилка; деионизованную воду; антисептический препарат, обладающий антимикробными и противогрибковыми свойствами (см. патент RU №2330673).

По данному техническому решению (патент RU №2330673) минералогическое сырье (бентонит Na-формы) активируют (обогащают) ионами Na⁺ путем обработки его водным раствором хлористого натрия с последующей промывкой и фильтрованием полученного полуфабриката для удаления кислотных анионов. Полученные полуфабрикаты модифицируют раствором неорганических солей металла, в качестве которых используют нитрат серебра (AgNO₃), сульфат меди (CuSO₄), производят выдержку модифицируемого бентонита в указанных солевых растворах и очистку промодифицированного бентонита от солей натрия путем его промывки и фильтрации и после сушки полученный препарат измельчают. При титриметрическом анализе препарата, полученного по данному известному техническому решению, установлено, что количество серебра и меди в полученных препаратах в зависимости от исходного сырьевого продукта, количества активирующих и модифицирующих реагентов соответствует 2-8 мас.% серебра или меди. Указанное мас.% содержание серебра или меди оптимально. При увеличении количества серебра или меди в промодифицированном порошке бентонита возрастает затратная часть на его изготовление, а при уменьшении мас.% содержания названных компонентов снижается антибактериальная активность получаемой по заявляемому изобретению продукции. Предпочтительно для снижения затратной части на изготовление заявляемого состава по изобретению использование смеси названных нанодисперсии порошков бентонита.

Механизм действия ионов металла, в частности серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра сорбируются клеточной оболочкой, которая выполняет защитную функцию. Клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются ее функции, например деление - бактериостатический эффект, в результате которого ингибируются ферменты дыхательной цепи клетки, разобщаются процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках, клетка гибнет.

Реализация изобретения при изменении состава используемых компонентов, заданного их соотношения приведет к ухудшению эксплуатационных свойств нити или к удорожанию процесса ее обработки.

Реализации изобретения поясняется следующими конкретными примерами его выполнения.

Пример 1.

Обрабатывали нить для шовных материалов. Использовали нить из шелка. Для импрегнирования нити использовали водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией бентонитового порошка, промодифицированного (проинтеркалированного) катионами Ag⁺ при количестве серебра в порошке 2,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	0,5
бентонитовый порошок	8,0
вода	остальное.

Для импрегнирования использовали 50 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити. Дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляла 150 нм. Использовали деионизованную воду.

Пример 2.

Обрабатывали нить хирургическую для шовных материалов. Использовали нить из шелка. Для импрегнирования нити использовали водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией бентонитового порошка, промодифицированного (проинтеркалированного) катионами Cu²⁺, при количестве меди в порошке 8,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	4,0
бентонитовый порошок	2,0
вода	остальное.

Для импрегнирования использовали 47 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити. Дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляла 40 нм.

Пример 3.

Проводили обработку нити хирургической для шовных материалов. Использовали нить из шелка. Для импрегнирования нити использовали водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией бентонитового порошка, промодифицированного (проинтеркалированного) катионами Ag⁺, при количестве металла в порошке 7,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	2,0
бентонитовый порошок	5,0
вода	стальное.

Для импрегнирования использовали 30 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити. Дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляла 145 нм. Использовали деионизованную воду.

Пример 4.

Проводили антисептическую обработку нити для шовных материалов. Использовали нить из шелка. Для импрегнирования нити использовали водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией бентонитового порошка, промодифицированного (проинтеркалированного) катионами Ag⁺ и Cu²⁺, при количестве этих металлов в порошке 7,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	2,0
бентонитовый порошок	5,0
вода	остальное.

Для импрегнирования использовали 30 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити. Дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляла 145 нм. Использовали деионизованную воду.

Использовали смесь наночастиц бентонитовых порошков, промодифицированных ионами Ag⁺ и Cu²⁺ с содержанием названных металлов 2 мас.% в смеси, при соотношении их порошков 1÷0,3 соответственно.

Пример 5.

Проводили антисептическую обработку нити для шовных материалов. Использовали нить из шелка. Для импрегнирования нити использовали водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией бентонитового порошка, промодифицированного (проинтеркалированного) катионами Ag⁺ и Cu²⁺, при количестве этих металлов в порошке 6,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	158
бентонитовый порошок	4,95
вода	остальное.

Для импрегнирования использовали 40 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити. Использовали смесь порошков, промодифицированных (проинтеркалированных) катионами Ag⁺ и Cu²⁺, при соотношении их 1÷0,3 соответственно.

Дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляла 145 нм. Использовали деионизованную воду.

После импрегнирования нитей (примеры 1-5) осуществляли их сушку, в результате сушки шелковые нити, коллагенизированные указанной наносистемой, имеют гладкую поверхность, равномерную на всем протяжении и приобрели монофиламентную структуру за счет склеивания коллагеном отдельных разволокненных фрагментов исходных до обработки образцов шелковых нитей.

В процессе обработки нити для шовных материалов было установлено, что при расходе водной наносистемы более 50% (использовалось 60% водной наносистемы на массу сухой нити) в процессе импрегнирования нитей ухудшается коллагенизация указанной наносистемой структуры нити и ее антимикробные свойства.

В процессе обработки нити для шовных материалов было установлено, что при расходе водной наносистемы менее 5% (использовалось 5% водной наносистемы на массу сухой нити) процесс импрегнирования нитей значительно усложнялся по временному фактору ее обработки, а также по факту гомогенизации порошка бентонита в водной системе.

При определении необходимых параметров для импрегнирования нитей авторы исходили из того, что при благоприятных условиях обработки нити прирост массы нити после импрегнирования не должен превышать 2 мас.%.

Расчет количества порошка бентонита и коллагена, используемых в водной системе для обработки нити, осуществляли на 1 г нити, при этом технологические потери зависят от количества используемой водной наносистемы на массу сухой нити.

В процессе импрегнирования нитей по примерам 1-5 установлено, что прирост массы нити после импрегнирования не превышает 1-2%, например, прирост массы нити после импрегнирования по примеру 5 составил 0,95 мас.%.

В результате импрегнирования нитей водной наносистемой, содержащей антисептический агент в виде бентонитового порошка, проинтеркалированного названными ионами металлов, обеспечивается эффективная антимикробная обработка нитей, основанная именно на активности ионов этих металлов в отношении различных микроорганизмов, при этом шелковая нить помимо пролонгированных антимикробных свойств приобретает и биологические свойства, присущие коллагену, способные стимулировать репаративные процессы в сшиваемых тканях.

Таким образом, заявленным способом обрабатывают нить (волокнистый материал) для придания ей определенных - антимикробных в отношении широкого спектра грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, т.к. при пропитке (импрегнировании) нити коллагеновым раствором уменьшается ее гигроскопичность, капиллярность, что снижает возможность ее дальнейшего инфицирования, а это существенно для хирургической нити.

Причем важным является то, что бентонитовый порошок вводят в коллагеновую наносистему, так как иначе - при поэтапной обработке нити (обработка коллагеновым раствором и последующая обработка антисептическим препаратом на основе гидрозоля бентонитового порошка) - ухудшается сцепляемость препарата с поверхностью нити, т.к. ей уже на первом этапе приданы определенные свойства - уменьшение гигроскопичности, гладкость (уменьшение коэффициента трения волокнистого материала при взаимодействии с другими материалами).

Полученные по примерам 1-5 нити исследовались с целью определения их механических свойств при длительном действии влаги по следующему параметру: разрывная нагрузка (кгс).

Для оценки нити выдерживались в дистиллированной воде при 20°С в течение суток.

Разрывная нагрузка (наибольшее выдерживаемое усилие, кгс):

для сухих нитей до импрегнирования при диаметре образцов нитей - 0.044 (мм) - 120;

для сухих коллагенизированных нитей (примеры 1-5) при диаметрах их 0.0444 (мм) - 170;

для влажных коллагенизированных нитей (примеры 1-5) при диаметрах их 0.045 - 160.

Из приведенных данных следует, что импрегнирование нитей в соответствии с примерами 1-5 лишь незначительно увеличивает диаметр нити и заметно повышает прочность нитей на разрыв в сухом и влажном виде.

Антисептические свойства нитей, полученных по примерам 1-5, оценивались по их биотестированию на антимикробные свойства после их выдержки в дистиллированной воде.

Оценку антимикробных свойств осуществляли по стандартной методике с использованием культуры Staphylococcus aureas (наиболее распространенная культура по определению антимикробных свойств), выращенную на среде мясо-пептонного агара (МПА) при температуре 37°С в течение 24 часов. Затем готовили однородную суспензию клеток в деионизованной воде. Приготовленную структуру вносили по 1 мл суспензии в чашки Петри с подсушенной средой МПА и равномерно распределяли по поверхности среды стерильным шпателем так, чтобы культура прорастала сплошным газоном. Затем стерильным пинцетом на поверхность агара плотно накладывали кусочки нитей, обработанные по примерам 1-5. Засеянные чашки с образцами термостатировали при 37°С. Антимикробные свойства нитей оценивали по образованию зон угнетения (зон ингибирования) роста штамма Staphylococcus aureas, которые четко выделялись на фоне сплошного газона роста тестируемой культуры. В результате исследований установлено наличие у импрегнированных нитей составами по примерам 1-5 значительных зон ингибирования (от 1,5 мм до 2,5 мм, в течение 3 суток). Приведенные исследования свидетельствуют о пролонгированном действии используемого по изобретению антимикробного вещества (агента) в обрабатываемой наносистеме, используемой для импрегнирования нитей.

Зоны ингибирования отсутствовали при испытании неимпрегнированного образца нити (контрольный образец), при этом уже в течение 24 часов наблюдалось увеличение роста микроорганизмов (бактерий) в чашках, засеянных Staphylococcus aureas.

Таким образом, проведенные исследования в целом свидетельствуют об эффективности заявляемого по изобретению способа для антисептической обработки нити.

1. Способ обработки нити, включающий импрегнирование нити раствором коллагена с антимикробным веществом и последующую сушку, отличающийся тем, что для импрегнирования нити используют водную наносистему на основе коллагена с нанодисперсией, по меньшей мере, одного бентонитового порошка промодифицированного катионами Ag⁺ и/или Cu²⁺, при количестве этих металлов в порошке 2,0-8,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов в наносистеме, мас.%:

коллаген	0,5-4,
бентонитовый порошок	2-8,
вода	остальное,

причем для импрегнирования используют не более 50 мас.% названной наносистемы на массу сухой нити.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсность наночастиц бентонитового порошка составляет не более 150 нм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют смесь наночастиц бентонитовых порошков, промодифицированных ионами Ag⁺ и Cu²⁺ с содержанием названных металлов 2-6 мас.% в смеси, при соотношении порошков 1÷(0,3-0,5) соответственно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения водной наносистемы используют деионизованную воду.