ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Электроформование 10
1.2 Параметры, оказывающие влияние на процесс
электроформования 13
1.3 Преимущества метода электроформования 15
1.4 Поливиниловый спирт в медицине 19
1.5 Использование ПВС в методе электроформования волокон 22
1.6 Физико-химические свойства полимерных волокон, загруженных биологически активными веществами 23
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Характеристика исходных веществ 29
2.2 Методика синтеза волокнистых материалов 29
2.3 Методы исследования 31
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 36
3.1 Исследование морфологии поверхности волокнистых материалов
ПВС/Хлорамфеникол 36
3.2 Исследование компонентного состава волокнистых материалов 39
3.3 Исследование поверхностного натяжения волокнистых
материалов 41
3.4 Исследование антибактериальных свойств волокнистых
материалов 42
3.5 Определение содержания лекарственного средства в полученных
волокнистых материалах 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48
... отсутствуют 2 и разделы
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Электроформование 10
1.2 Параметры, оказывающие влияние на процесс
электроформования 13
1.3 Преимущества метода электроформования 15
1.4 Поливиниловый спирт в медицине 19
1.5 Использование ПВС в методе электроформования волокон 22
1.6 Физико-химические свойства полимерных волокон, загруженных биологически активными веществами 23
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Характеристика исходных веществ 29
2.2 Методика синтеза волокнистых материалов 29
2.3 Методы исследования 31
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 36
3.1 Исследование морфологии поверхности волокнистых материалов
ПВС/Хлорамфеникол 36
3.2 Исследование компонентного состава волокнистых материалов 39
3.3 Исследование поверхностного натяжения волокнистых
материалов 41
3.4 Исследование антибактериальных свойств волокнистых
материалов 42
3.5 Определение содержания лекарственного средства в полученных
волокнистых материалах 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48
... отсутствуют 2 и разделы
В современном мире применение волокнистых материалов в медицине становится все более значимым и перспективным направлением исследований. Тканевая инженерия, биомедицина, производство
медицинских изделий - все эти области находят новые возможности благодаря использованию волокнистых материалов. От улучшения качества жизни пациентов до разработки инновационных методов лечения, волокнистые материалы играют ключевую роль в современной медицине.
Исследования в сфере медицинской инженерии активно развиваются благодаря применению волокнистых материалов в создании инновационных биосовместимых материалов. Такие материалы могут быть адаптированы под специфические нужды медицинской практики. Применение синтетических позволяет разрабатывать прогрессивные имплантаты с высокой степенью совместимости с биологической средой и эффективностью. Это расширяет возможности в области диагностики и терапии множества патологий и травм. Характеристики получаемого композитного волокнистого материала определяются выбором и соотношением исходных компонентов, их взаимодействием, типом и расположением волокон в наполнителе, методом, условиями производства и другими важными факторами [1]. Натуральные волокна выступают ярким примером возобновляемых ресурсов, играющих ключевую роль в производстве композитов, которые по прочности сравнимы с синтетическими волокнами [2].
Токсиколого-гигиенические исследования волокнистых материалов позволяют оценить их воздействие на организм человека и окружающую среду, что является важным аспектом при разработке новых медицинских изделий. Кожа человека играет ключевую роль в защите от инфекций, вызванных различными бактериями. Она является одним из наиболее уязвимых органов, подверженных различным повреждениям от механических ударов, тепла, холода и химических веществ. Такие повреждения могут привести к появлению ран, процесс заживления которых требует участия определенных клеток и факторов роста. Поэтому основная цель использования биоматериалов заключается в закрытии раны, ускорении процесса заживления и облегчении боли [3]. Благодаря своему уникальному терапевтическому потенциалу, биологически активные волокна для медицинского применения способны стимулировать защитные механизмы организма и одновременно служить основой для создания инновационных хирургических швов, эндопротезов для мягких тканей, кровеносных сосудов и раневых повязок [4].
Композиты на основе полимера винилового спирта (ПВС) вызывают большой интерес своими превосходящими характеристиками, свойствами и способностью к биоразложению. Поливиниловый спирт широко используется для синтеза полимерных нанокомпозитов благодаря своим характеристикам, таким, как: растворимость в воде, высокая прозрачность и нетоксичность. Благодаря своей высокой поверхностной стабильности, хелатирующим свойствам, низкой адсорбции белка он является идеальным выбором для обеспечения эффективной транспортировки активных компонентов и поддержания их стабильности в процессе адресной доставки лекарств.
Целью работы является получение и исследование волокнистых материалов поливинилового спирта с добавлением лекарственного средства.
В соответствии с целью исследования поставлены следующие задачи:
1. Получить волокнистые материалы на основе поливинилового спирта методом электроформования;
2. Провести исследование физико-химических свойств полученных материалов;
3. Провести исследование компонентного состава волокнистых материалов;
4. Провести исследование антибактериальных свойств полученных материалов;
5. Провести определение содержания хлорамфеникола в полученных материалах.
медицинских изделий - все эти области находят новые возможности благодаря использованию волокнистых материалов. От улучшения качества жизни пациентов до разработки инновационных методов лечения, волокнистые материалы играют ключевую роль в современной медицине.
Исследования в сфере медицинской инженерии активно развиваются благодаря применению волокнистых материалов в создании инновационных биосовместимых материалов. Такие материалы могут быть адаптированы под специфические нужды медицинской практики. Применение синтетических позволяет разрабатывать прогрессивные имплантаты с высокой степенью совместимости с биологической средой и эффективностью. Это расширяет возможности в области диагностики и терапии множества патологий и травм. Характеристики получаемого композитного волокнистого материала определяются выбором и соотношением исходных компонентов, их взаимодействием, типом и расположением волокон в наполнителе, методом, условиями производства и другими важными факторами [1]. Натуральные волокна выступают ярким примером возобновляемых ресурсов, играющих ключевую роль в производстве композитов, которые по прочности сравнимы с синтетическими волокнами [2].
Токсиколого-гигиенические исследования волокнистых материалов позволяют оценить их воздействие на организм человека и окружающую среду, что является важным аспектом при разработке новых медицинских изделий. Кожа человека играет ключевую роль в защите от инфекций, вызванных различными бактериями. Она является одним из наиболее уязвимых органов, подверженных различным повреждениям от механических ударов, тепла, холода и химических веществ. Такие повреждения могут привести к появлению ран, процесс заживления которых требует участия определенных клеток и факторов роста. Поэтому основная цель использования биоматериалов заключается в закрытии раны, ускорении процесса заживления и облегчении боли [3]. Благодаря своему уникальному терапевтическому потенциалу, биологически активные волокна для медицинского применения способны стимулировать защитные механизмы организма и одновременно служить основой для создания инновационных хирургических швов, эндопротезов для мягких тканей, кровеносных сосудов и раневых повязок [4].
Композиты на основе полимера винилового спирта (ПВС) вызывают большой интерес своими превосходящими характеристиками, свойствами и способностью к биоразложению. Поливиниловый спирт широко используется для синтеза полимерных нанокомпозитов благодаря своим характеристикам, таким, как: растворимость в воде, высокая прозрачность и нетоксичность. Благодаря своей высокой поверхностной стабильности, хелатирующим свойствам, низкой адсорбции белка он является идеальным выбором для обеспечения эффективной транспортировки активных компонентов и поддержания их стабильности в процессе адресной доставки лекарств.
Целью работы является получение и исследование волокнистых материалов поливинилового спирта с добавлением лекарственного средства.
В соответствии с целью исследования поставлены следующие задачи:
1. Получить волокнистые материалы на основе поливинилового спирта методом электроформования;
2. Провести исследование физико-химических свойств полученных материалов;
3. Провести исследование компонентного состава волокнистых материалов;
4. Провести исследование антибактериальных свойств полученных материалов;
5. Провести определение содержания хлорамфеникола в полученных материалах.
Методом электроформования получены волокнистые материалы на основе поливинилового спирта с добавлением лекарственного средства в различных соотношениях. Введение в состав волокон хлорамфеникола способствует появлению новых свойств материала.
В ходе исследования получены следующие выводы:
1. Использование различных концентраций поливинилового спирта показало, что наиболее подходящим образцом являются волокна с концентрацией ПВС 10%, так как имеют наименьшее количество дефектов, что способствует наилучшей воспроизводимости. Наиболее сильное влияние на дефектность получаемых образцов оказывает динамическая вязкость - с увеличением концентрации раствор становится более вязким, что ведет к большей весовой воспроизводимости процесса [58]. Полученные волокна являются микроразмерными; средняя толщина волокон закономерно растет с увеличением концентрации раствора ПВС;
2. Исследование компонентного состава образованных волокнистых материалов говорит о наличии в составе функциональных групп, принадлежащих как поливиниловому спирту, так и хлорамфениколу. Характеристические полосы поглощения валентных колебаний гидроксильных, алкильных, карбоксильных групп, деформационные и маятниковые колебания метиленовых групп соответствуют поливиниловому спирту. Характеристические полосы поглощения валентных колебаний связи ароматического кольца, амино- и C-Cl групп соответствуют хлорамфениколу. Образцы не образуют новых химических связей, так как в ИК-спектрах отсутствуют новые характеристические полосы;
3. Значение краевого угла смачивания волокон свидетельствует о проявляемых гидрофильных свойствах поверхности. Общая поверхностная энергия полученных материалов уменьшается с увеличением содержания хлорамфеникола в образце; при этом - дисперсионная компонента увеличивается, полярная компонента - уменьшается, что говорит об увеличении вклада Ван-дер-Ваальсовых сил и иных взаимодействий и уменьшении вклада водородных связей в полученном материале;
4. Образцы волокнистых материалов, содержащие в своем составе лекарственное средство, проявили высокую антибактериальную активность в отношении грамотрицательных бактерий кишечной палочки - зона подавления роста бактерий закономерно увеличивалась с увеличением содержания хлорамфеникола в образце. Данное свойство играет важную роль в борьбе с инфекциями и заболеваниями, вызванными бактериальной флорой, что позволяет использование полученных волокнистых материалов в медицине;
5. Практический выход хлорамфеникола в образцах через 24 часа менялся в соответствии с увеличением содержания лекарственного средства в образце. Выход продукта является количественным и эффективным, но не достаточным. В дальнейших исследованиях высвобождение хлорамфеникола может быть улучшено за счет варьирования параметров, влияющих на процесс электроформования.
Работа выполнена на базе НОЦ ПИШ «Агробиотек» и кафедры природных соединений, фармацевтической и медицинской химии химического факультета Томского государственного университета. Данное исследование может быть применимо в интересах биотехнологической отрасли АПК для создания полимерных материалов медицинского назначения с заданным комплексом биологических свойств, а также предоставляет интерес для тканевой инженерии и биомедицины. Развитие методов лечения с использованием волокнистых материалов открывает новые перспективы для науки, позволяя создавать индивидуальные подходы к каждому пациенту и обеспечивая более комфортные и безопасные условия лечения.
В ходе исследования получены следующие выводы:
1. Использование различных концентраций поливинилового спирта показало, что наиболее подходящим образцом являются волокна с концентрацией ПВС 10%, так как имеют наименьшее количество дефектов, что способствует наилучшей воспроизводимости. Наиболее сильное влияние на дефектность получаемых образцов оказывает динамическая вязкость - с увеличением концентрации раствор становится более вязким, что ведет к большей весовой воспроизводимости процесса [58]. Полученные волокна являются микроразмерными; средняя толщина волокон закономерно растет с увеличением концентрации раствора ПВС;
2. Исследование компонентного состава образованных волокнистых материалов говорит о наличии в составе функциональных групп, принадлежащих как поливиниловому спирту, так и хлорамфениколу. Характеристические полосы поглощения валентных колебаний гидроксильных, алкильных, карбоксильных групп, деформационные и маятниковые колебания метиленовых групп соответствуют поливиниловому спирту. Характеристические полосы поглощения валентных колебаний связи ароматического кольца, амино- и C-Cl групп соответствуют хлорамфениколу. Образцы не образуют новых химических связей, так как в ИК-спектрах отсутствуют новые характеристические полосы;
3. Значение краевого угла смачивания волокон свидетельствует о проявляемых гидрофильных свойствах поверхности. Общая поверхностная энергия полученных материалов уменьшается с увеличением содержания хлорамфеникола в образце; при этом - дисперсионная компонента увеличивается, полярная компонента - уменьшается, что говорит об увеличении вклада Ван-дер-Ваальсовых сил и иных взаимодействий и уменьшении вклада водородных связей в полученном материале;
4. Образцы волокнистых материалов, содержащие в своем составе лекарственное средство, проявили высокую антибактериальную активность в отношении грамотрицательных бактерий кишечной палочки - зона подавления роста бактерий закономерно увеличивалась с увеличением содержания хлорамфеникола в образце. Данное свойство играет важную роль в борьбе с инфекциями и заболеваниями, вызванными бактериальной флорой, что позволяет использование полученных волокнистых материалов в медицине;
5. Практический выход хлорамфеникола в образцах через 24 часа менялся в соответствии с увеличением содержания лекарственного средства в образце. Выход продукта является количественным и эффективным, но не достаточным. В дальнейших исследованиях высвобождение хлорамфеникола может быть улучшено за счет варьирования параметров, влияющих на процесс электроформования.
Работа выполнена на базе НОЦ ПИШ «Агробиотек» и кафедры природных соединений, фармацевтической и медицинской химии химического факультета Томского государственного университета. Данное исследование может быть применимо в интересах биотехнологической отрасли АПК для создания полимерных материалов медицинского назначения с заданным комплексом биологических свойств, а также предоставляет интерес для тканевой инженерии и биомедицины. Развитие методов лечения с использованием волокнистых материалов открывает новые перспективы для науки, позволяя создавать индивидуальные подходы к каждому пациенту и обеспечивая более комфортные и безопасные условия лечения.
