CC BY
58
УДК 577.15.08+606.61
Э.Э. Досадина, А. А. Белов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 АБе\оу2004@ yandex.ru
ПОЛУЧЕНИЕ ХИТОЗАНСОДЕРЖАЩИХ НОСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ЦЕЛЕЙ
Изучена кинетика взаимодействия растворов хитозана с волокнистыми целлюлозными материалами: целлюлоза, диальдегидцеллюлоза и фосфорный эфир целлюлозы, в присутствии и отсутствии растворов глицерина. Показано, взаимодействие Хт с целлюлозным носителем происходит очень быстро, и практически не зависит от количества активных групп на носителе, а по всей видимости определяется только сорбционными свойствами Ц матрицы (фибрилярная структура Ц). Использование глицерина до 5 масс.% не влияет на взаимодействие хитозана с носителями.
Ключевые слова: хитозан, целлюлоза, диальдегидцеллюлоза, фосфорный эфир целлюлозы,глицерин.
По мере расширения выпускаемых перевязочных средств меры местного воздействия приобретают все большее значение в комплексном лечении ран и оказании первой медицинской помощи. Разработанная методология местного лечения ран, основанная на дифференцированном применении биологически активных
перевязочных средств в зависимости от фазы и особенностей течения раневого процесса, продолжает широко внедряться в медицинскую практику, обеспечивая стабильный лечебный эффект. Значительную роль в развитии указанной методологии играет расширение ассортимента биологически активных перевязочных средств с иммобилизованными лекарственными
препаратами, позволяющих осуществить комплексное как физико-гигиеническое, так и химиотерапевтическое воздействие на течение раневого процесса. В области текстильных
перевязочных средств очевидна необходимость расширения их номенклатуры. Анализируя современное состояние перевязочных средств следует указать на целесообразность расширения ассортимента и улучшения их качества [1,2].
В качестве волокнистых носителей рис.1, в данной работе использовались разрешенные к медицинскому применению матрицы на основе целлюлозы (Ц) -медицинская марля (ГОСТ 9412-93), фосфорный эфир Ц (ФС 42-1726-81) (ФЭЦ), либо полученная в результате перйодатного окисления Ц диальдегидцеллюлоза (ДАЦ) различной степени модификации, все использованные носители прошли
токсикологические исследования в научно-исследовательском и испытательный институте медицинской техники и разрешены к медицинскому применению.
СН2ОН
Н -О,
ОИ Н
о—1 N-У н
Н ОН
Целлюлоза (Ц)
</1 I -о
О Н Н
14°
НО
I
НО-Р — он
II
О
ДАЦ
ФЭЦ
Рис.1. Схемы использованных целлюлозных носителей
Совместное использование волокнистых материалов и биосовместимых гелей (например на основе хитозана (Хт)) позволяет получить сложные композиционные материалы содержащие на одном носителе, но изолированные друг от друга различные классы лекарственных веществ: ферменты (протеиназы) и белки (инсулин); ферменты и антибиотики или антиоксиданты; ферменты и ингибиторы.
В работе использовали - хитозан (Хт) производства НПО "Биопрогресс" (ТУ 9289-06700472124-03, г. Щелково, МО, РФ) (влажность
препарата 10%, степень деацилирования 80,0%; кинематическая вязкость не менее 383,7 сСт; молекулярная масса 478 кДа). Все остальные реактивы, если не оговорено особо, отечественного производства, квалификации не ниже "ХЧ".
Активацию целлюлозного носителя в виде тканых полотен (медицинской марли) проводили перйодатом натрия, в результате чего получали диальдегидцеллюлозу (ДАЦ) требуемой степени модификации вторичных спиртовых групп [1,3]. Количество альдегидных групп на носителях
О
О
п
п
п
определяли аналогично [1,4] окислением последних раствором йода в слабощелочной среде (0,1 Н. раствор Ка2В40?}, либо с помощью 3,5-динитросалициловой кислотой (ДНСК) [5] и выражали в мМ/г с учетом влажности носителя [6]. Емкость ФЭЦ по натрию не менее 2,0 мгЭкв/г сорбента [1,3].
Кинетику взаимодействия Хт с носителями изучали спектрофотометрическим методом. Навеска носителя требуемой массы помещалась в сухой стакан и заливалась необходимым объемом раствора Хт нужной концентрации (обычно гидромодуль равнялся 10, а концентрация Хт 0,5 масс%, в уксусной кислоте, рН раствора 3,8-4,5).
Растворы стояли при комнатной температуре (22-26°С) при периодическом перемешивании. Через заданные промежутки времени снимался спектр. В качестве контроля использовали спектр растворов носителя в дистиллированной воде. Убыль Хт из раствора оценивали из спектров с поправкой на носитель. Полученные данные приведены на рис. 2-3. В таблице 1. приведены полученные нами данные о взаимодействии растворов Хт (0,5 масс. в уксусной кислоте) с волокнистыми носителями (за 1 принято количество хитозана до взаимодействия с носителем) в присутствии и без Гл.
Таблица 1
Кинетика взаимодействия Хт с целлюлозными носителями
Материалы Время
15 мин 30 мин 60мин 120 мин 4 часа 7 часов
Ц {0,0155) 0,52 0,59 0,53 0,52 0,53 —
Ц(глицерин 2%) 0,54 — — 0,52 0,51 —
Ц(глицерин 5%) 0,49 — 0,47 0,47 0,46 —
ДАЦ(0,46) старая 0,50 — 0,48 0,48 0,46 —
ДАЦ(0,50) свежая 0,64 0,65 0,65 0,65 0,64 —
ДАЦ(0,50; (гл 2%) 0,88 — — 0,88 0,91 —
ДАЦ(0,50; (гл 5%) 0,64 — 0,65 0,65 0,66 —
ДАЦ(2,445) 0,63 0,63 0,61 0,61 0,60 —
ФЭЦ(Н форма) 0,58 — 0,58 0,59 0,57 0,57
ФЭЦ(№ форма) 0,24 — — 0,31 0,36 —
Для альдегидсодержащих носителей в скобках приведены з
Известно, что в результате реакции между противоположно заряженными
полиэлектролитами в водных растворах образуются полиэлектролитные нерастворимые стехиометричные и растворимые
нестехиометричные комплексы. Макромолекулы полиэлектролитов в таких комплексах удерживаются кооперативной системой преимущественно ионных и водородных связей, а также силами дисперсионных взаимодействий, возникающих между отдельными звеньями макромолекул. В случае эквимолярного соотношения ионогенных групп исходных компонентов при доведении степени превращения, т.е. степени завершенности интерполимерной реакции, до значения, близкого к единице, в системе образуются стехиометричные полиэлектролитные комплексы (ПЭК). Эти комплексы всегда нерастворимы, но ограниченно набухают в воде [7].
Как видно из представленных данных, взаимодействие Хт с целлюлозным носителем происходит очень быстро, и практически не зависит от количества активных групп на носителе, а по всей видимости определяется только сорбционными свойствами Ц матрицы (фибрилярная структура Ц). Как известно, при перйодатном окислении Ц нарушается структура матрицы, появляются в фибриллах поры, сквозные отверстия [3]. Ц содержит значительное количество пор, проницаемых для веществ с мол.
чения количества альдегидных групп мМ/г носителей.
массой до 100кДа (с диаметром (20^100)х10-10м). Как известно из данных литературы [3], фибриллы (диаметр 0,1^1,4х 10-6 м) и микрофибриллы (диаметр 100^250х10-1° м) хлопка пронизаны пустотами - микропорами, диаметр которых колеблется от 1х10-1°м внутри микрофибрилл до (100^1000)х10-10м внутри фибрилл. Такая макропористость хлопкового волокна делает его уникальным по своей сорбционной способности. В набухшем состоянии хлопок имеет уникальную по величине суммарную внутреннюю
поверхность до 100 м2/г, что вкупе с гидрофильными свойствами основной массы волокна-целлюлозы делает его исключительно ценным по санитарно-гигиеническим свойствам. Перйодатное окисление, как следует из литературных данных [3], приводит не только к разрыву глюкопиранозного кольца, разрушает нативную структуру целлюлозы, но и к возникновению дополнительное количество трещин и каналов, что также увеличивает до определенного значения, возможность
поглощения дополнительного количества Хт при иммобилизации.
Добавки глицерина в Хт не значительно влияют на взаимодействие Хт с целлюлозной матрицей.
Как следует из данных спектрометрии, Хт стабилизирует целлюлозные материалы (особенно окисленную целлюлозу) против гидролитической деструкции.
Рис.2 UV-Vis спектры растворов после взаимодействия Рис.3. UV-Vis спектры растворов после взаимодействия
Н2О или хитозана с целлюлозой: 0-нулевая линия Н2О или хитозана с ДАЦ(0,50)
Досадина Элина Эльдаровна, студент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Белов Алексей Алексеевич д.т.н., доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Адамян А.А. Современные тенденции в области исследования и разработки перевязочных средств // II-я Межд. конф. «Соврем. технологии и возможности реконструктивно-восстановительной и эстетической хирургии», М., 2010, С.245-246.
2. Белов, А.А. Текстильные материалы, содержащие иммобилизованные гидролазы для медицинских и косметологических целей. Получение. Свойства. Применение / А. А. Белов.- LAP LAMBERT: Acad. Pub., GmbH &Co. KG, Germany, 2012.- 242 c.
3. Роговин ЗА. Химия целлюлозы. - М.: Химия, 1972. - С.125-244.
4. Rutherford H.A., Minor F.W., Martin A.R. and Harris M. Oxidation of cellulose: the reaction of cellulose with periodic acid //J. of res. of the N. B. S.-1942. -Vol. 29. - P. 131-143.
5. Miller G.L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar // Anal. Chem. -1959, Vol.31, №3.- P. 426- 428.
6. Кузнецов А.К., Захарова И.М. Лабораторный практикум по курсу «Физико-химия полимеров», ГОУ ВПО Ивановский гос. хим.-технол. ун-т, Иваново, 2007.- С.66-72.
7. Паламарчук, И.А. Кооперативные взаимодействия в системе лигносульфонат-хитозан / И.А. Паламарчук, Н.А. Макаревич, О.С. Бровко и др. //Химия растительного сырья. -2008. -№4.- С. 29-34.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, ГК 16.552.11.7046
DosadinaElinaEl'darovna, BelovAlexeyAlexeevich*
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: ABelov2004@ yandex.ru
PRODUCING OF CHITOSAN-CONTAINING MEDIA ON THE BASIS OF MODIFIED CELLULOSE FOR MEDICAL PURPOSES
Abstract
The kinetics of the interaction of chitosan solutions with fibrous cellulosic material: cellulose, dialdehydecellulose and phosphate cellulose ether, in the presence and absence of solutions of glycerol. It is shown that the interaction chitosan cellulose media is very fast, and almost does not depend on the number of active groups on the media, and apparently only determined by the sorption properties of the matrix C (fibrillar structure C). The use of glycerol to 5 wt.% does not affect the interaction of chitosan with the media.
Key words: chitosan, pulp, dialdehydecellulose, phosphoric cellulose ether, glycerol.
