КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБНЫЙ К ОБРАЗОВАНИЮ ГИДРОГЕЛЯ, И ГИДРОГЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК C08L33/00 C08L39/00 C08L101/14 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, конкретно к композиционным материалам на основе бактериальной целлюлозы и синтетических гидрофильных сшитых полимеров, способных к влагоудержанию и образованию гидрогелей, и гидрогелям.

Заявляемые композиционные материалы обладают способностью к анизотропному набуханию в воде и в водных растворах (увеличивают линейный размер при набухании только в одной плоскости при практически неизменном размере в другой плоскости). В результате набухания из них могут быть получены прочные и эластичные гидрогели с анизотропными свойствами, прежде всего при деформировании. Благодаря указанному оригинальному качеству заявляемые композиционные материалы и гидрогели из них могут быть применены в тех областях, где используется принцип изменения размера материала при изменении внешних условий. Они могут быть использованы при создании различного вида так называемых "интеллектуальных материалов", например исполнительных устройств в робототехнике, в частности для изготовления гибких манипуляторов, а также материалов биомедицинского значения - имплантантов, которые должны обладать высокой упругостью и прочностью при деформировании в одной плоскости при большей податливости для деформирования в другой плоскости.

Заявляемые композиционные материалы и гидрогели за счет влагоудерживающей способности могут быть использованы в качестве влагоабсорбентов в сельском и лесном хозяйствах, для изготовления гигиенических изделий, щадящих раневых повязок, для создания устройств дозированной доставки лекарственных препаратов.

Уровень техники

Ряд высокомолекулярных соединений - гидрофильные сшитые (сетчатые) полимеры - обладают способностью к набуханию в воде и в водных растворах с образованием так называемых гидрогелей. Большинство известных полимерных материалов, способных к образованию гидрогелей, используется в качестве влагоабсорбентов, в том числе супервлагоабсорбентов, там, где необходимо быстрое осушение поверхностей, удерживание большого количества жидкости (в медицине, для гигиенических целей), постепенное испарение жидкости (почвенные супервлагоабсорбенты). По внешнему виду эти гидрогели соответствуют общеизвестному желеобразному состоянию геля.

Как правило, все известные виды полимерных материалов, способных к образованию гидрогелей, набухают в воде или водных растворах изотропно, то есть при набухании их линейные размеры увеличиваются одновременно по всем направлениям (по всем трем координатным осям). Это свойство обусловлено аморфной структурой полимеров, из которых они состоят. Образующиеся при набухании гидрогели проявляют изотропные свойства при деформировании, то есть их деформационно-прочностные характеристики одинаковы при измерениях, проводимых в различных направлениях. Большинство известных гидрогелей обладают низкими деформационно-прочностными характеристиками. Так, гидрогели на основе альгинатов имеют модуль упругости не более 0,2 МПа (Stevens М.М., Qanadilo H.F., Langer R., Shastri V.P. Biomaterials. 2004. V.25. P.887-894), гидрогели на основе триблоксополимера поли-L-лактид-полиэтиленоксид-поли-L-лактид имеют модуль упругости не более 0,2 МПа (Aamer К.A., Sardinha H., Bhatia S.B., Tew G.N. Biomaterials. 2004. V.25. Р.1087-1093). Известны гидрогели на основе сополимеров поливинилового спирта с акриловой кислотой. Образцы таких гидрогелей с содержанием полимера 7% имеют модуль упругости 0,1 МПа и прочность 0,23 МПа (Shiga Т., Hirose Y., Okada A., Kurauchi Т.J. Appl. Polym. Sci. 1992. V.44. Р.249-253).

Известно, что некоторые гидрофильные сшитые (сетчатые) полимеры при максимальном (равновесном) набухании образуют гидрогели в виде материалов, обладающих определенной прочностью, что позволяет использовать их не только в качестве водных абсорбентов.

Разработан ряд сшитых синтетических полимеров, способных к образованию гидрогелей с улучшенными деформационно-прочностными характеристиками. Известны гидрогели на основе поливинилового спирта (ПВС) и способ их получения (патент США №5981826, опубл. 09.11.1999). Гидрогели получают техникой замораживания-размораживания растворов поливинилового спирта, в результате которой формируются кристаллические области, являющиеся узлами сшивки. Процесс набухания поливинилового спирта протекает изотропно. Существенный недостаток известного способа заключается в том, что для формирования узлов сшивки необходимы длительные циклы замораживания-размораживания (до 12 ч на один цикл). Кроме того, в условиях процесса узлы сшивки образуются хаотично, что не позволяет гарантировать хорошую воспроизводимость структуры гидрогеля. В указанном патенте приводится величина модуля упругости для полученных гидрогелей, не превышающая 0,4 МПа. Других характеристик гидрогелей на основе поливинилового спирта в патенте не приводится. Механические свойства данного вида гидрогелей, синтезированных в соответствии с вышеуказанным патентом, описаны в работе (Stammen J.A. et al. Mechanical properties of a novel PVA hydrogel in shear and unconfined compression. Biomaterials. 2001. V.22. P.799-806). Модуль упругости при сжатии гидрогелей, содержащих 75 и 80% воды (максимальное набухание), в значительной степени зависит от величины относительной деформации и возрастает от 1,1 до 18,4 МПа для гидрогеля, содержащего 75% воды, и от 0,7 до 6,8 МПа для гидрогеля, содержащего 80% воды, с ростом величины относительной деформации от 10 до 60% (см. таблицу). Для случая относительной деформации в 60% это лучшие характеристики для известных в настоящее время гидрогелей. Максимальная прочность, до которой в гидрогелях не наблюдается необратимых изменений формы и объема после снятия нагрузки, равна 2,1 и 1,4 МПа для указанных видов гидрогелей, соответственно. Гидрогели из поливинилового спирта не проявляют эффекта анизотропии при деформировании. Недостатком известных гидрогелей являются сравнительно низкие величины прочности и модуля упругости в области деформаций 10-60%. Известные гидрогели предлагаются для использования в качестве имплантантов мягких тканей, в том числе хрящей. Однако сравнительно невысокие прочностные свойства могут привести к быстрой изнашиваемости указанных имплантантов, а изотропность свойств лишает их необходимой гибкости в определенных направлениях (при сгибаниях). Кроме того, использование в гидрогеле чисто синтетического полимера может сказываться на его биосовместимости, характеристики которой в известных источниках отсутствуют.

Известны полученные авторами заявляемого изобретения ранее полиакриламиды (ПААм) и сополимеры акриламида с акрилатами щелочных металлов, сшитые аллилцеллюлозными сшивающими агентами, способные к влагоудержанию и образованию гидрогелей (патент РФ №1481236, опубл. 23.05.89, а также Буянов А.Л., Ревельская Л.Г., Петропавловский Г.А. и др. Упругое поведение равновесно набухших полиэлектролитных гидрогелей на основе акриламида и акрилата натрия // Журн. прикл. химии. 1992. Т.65, №1. С.181-188). Процесс набухания этих полимеров протекает изотропно. Лучшими деформационно-прочностными характеристиками обладают гидрогели на основе полиакриламида. Прочность составляет 1,8 МПа, а модуль упругости изменяется в диапазоне 0,1-1,4 МПа с ростом величины относительной деформации от 10 до 60% (см. таблицу). Данный вид гидрогелей обладает высокой эластичностью, прочностью, но имеет невысокий модуль упругости. Известные гидрогели не проявляют анизотропных свойств при деформировании. Основная область возможного использования известных полимеров - супервлагоабсорбенты, а гидрогелей, конкретно полиакриламидных гидрогелей, в качестве материалов медицинского назначения, например в устройствах для дозированной доставки лекарств.

Известны композиционные материалы, включающие вещество природного происхождения, продукт денатурации белка коллагена - желатин с добавками нордигидрогуаиаретиновой кислоты (НДГК), способные к образованию гидрогелей (Koob T.J., Hemandez D.J. Mechanical and thermal properties of novel polymerized NDGA-gelatin hydrogels. Biomaterials. 2003. V.24 P.1285-1292). Процесс набухания этих материалов протекает изотропно. Добавка НДГК способствует улучшению деформационно-прочностных характеристик чисто желатиновых гидрогелей. Максимальное значение модуля упругости известных гидрогелей равно 3,4, 4,7 и 5,1 МПа при величине относительной деформации 70% и с содержанием желатина 2,5, 5 и 10% и НДГК 1 мг/мл, 0,5 мг/мл и 0,25 мг/мл в гидрогеле, соответственно. Для сравнения: для гидрогелей на основе чистого желатина максимальное значение модуля упругости равно 0,3, 0,7 и 1 МПа при таких же содержаниях желатина и при такой же величине относительной деформации. Максимальная прочность равна 0,5 МПа для всех видов гидрогелей (см. таблицу). Гидрогели на основе желатина не проявляют анизотропных свойств при деформировании. Недостатком известных гидрогелей является низкие величины прочности, тем не менее они могут быть потенциально полезны для использования в хирургии как биосовместимый материал.

Известны композиционные материалы, включающие бактериальную целлюлозу, или Acetobacter xylinum, и наполнитель - ксилоглюкан или полисахарид пектин при соотношении бактериальная целлюлоза/наполнитель, равном 70:30, способные к набуханию и образованию гидрогеля, удерживающего до 95% воды (Astley O.M. Tensile deformation of bacterial cellulose composites // Int. J. Biol. Macromol. 2003. V.32. P.28-35). При изготовлении композиционного материала наполнитель вводится на стадии получения бактериальной целлюлозы. Источник не содержит сведений о том, что процесс набухания композиционного материала протекает анизотропно. Полученные гидрогели не проявляют анизотропных свойств и обладают сравнительно невысокой прочностью (не более 0,4 МПа) и модулем упругости (0,22 МПа).

Ни один из указанных аналогов не обладает способностью к анизотропному набуханию в воде или водных растворах и образованию гидрогеля с анизотропными свойствами, поэтому они не могут быть использованы для получения "интеллектуальных материалов", изменяющих свой размер при изменении объема только по одной оси, и качественных имплантантов для замены хрящей (по причине низких механических характеристик).

Указанные выше недостатки известных аналогов свидетельствуют о том, что проблема поиска материалов, которые способны при набухании образовывать гидрогели улучшенного качества, прежде всего в отношении деформационно-прочностных характеристик, остается актуальной.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание гидрогеля с улучшенными деформационно-прочностными свойствами по сравнению с известными аналогами.

Эта задача решается заявляемой группой из двух изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, - заявляемыми композиционным материалом, способным к гелеобразованию, и гидрогелем на его основе.

Заявляемый композиционный материал характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

1. Композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, включает бактериальную целлюлозу или Acetobacter xylinum и полимерный наполнитель.

2. Композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, в качестве полимерного наполнителя содержит синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, или синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, или поливиниловый спирт или его (мет)акрилат, или полиэтиленгликоль или его (мет)акрилат, или полиэтиленоксид или его (мет)акрилат в виде полимерной сетки внутри матрицы - бактериальной целлюлозы, а концентрация полимерного наполнителя составляет 10-98% мас.

2.1. Композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, в качестве полимерного наполнителя включает синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кретоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четвертизации, 1-винил-2-пирролидона, при этом молекулярная масса полимера составляет не менее 50000.

2.2. Композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, в качестве полимерного наполнителя включает синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четвертизации, 1-винил-2-пирролидона и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, из ряда: N,N'-метилен-бис-акриламид, поли(этиленгликоль)ди(мет)акрилат, (мет)акрилат поливинилового спирта, аллилоксиэтилцеллюлоза, аллилоксипропилцеллюлоза, аллилсульфоэтилцеллюлоза, аллилкарбоксиметилцеллюлоза, аллилдекстран.

Композиционный материал представляет собой сухую форму.

Указанная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивает получение технического результата - создание материала, способного к анизотропному набуханию в воде и водных растворах и образованию прочного эластичного гидрогеля с анизотропными свойствами, прежде всего при деформировании. Анизотропное набухание (изменение по толщине образца) и образование гидрогеля с анизотропными деформационно-прочностными свойствами является оригинальным качеством заявляемого композиционного материала, которое не наблюдается у известных аналогов. При этом получаемые гидрогели прочнее аналогов при измерении во всех плоскостях (до 43 МПа для гидрогелей, набухших в воде, и до 63 МПа для гидрогелей, набухших в системе этанол-вода). В отличие от аналогов качественный гидрогель получается не только при максимальном (равновесном) набухании заявляемого композиционного материала, но и при меньшем содержании воды вплоть до 30%. Дополнительный эффект: в отличие от композиционного материала-прототипа заявляется сухая форма композиционного материала, что важно для экономичной транспортировки и хранения.

Следует также отметить, что в состав заявляемого композиционного материала входят нетоксичные компоненты и он протестирован на биосовместимость.

Отличительными существенными признаками заявляемого изобретения от композиционного материала-прототипа являются признаки, пп.2, 2.1, 2.2, связанные с химической природой полимерного наполнителя, структурой материала.

Анализ известного уровня техники не позволил обнаружить решение, полностью совпадающее по совокупности существенных признаков с заявляемым композиционным материалом, что может свидетельствовать о новизне предложения.

Только совокупность существенных признаков заявляемого композиционного материала позволяет достичь указанного выше технического результата. Как упоминалось выше, все известные полимерные материалы, способные образовывать гидрогели, набухают изотропно и получаемые гидрогели обладают изотропными свойствами, в том числе и прочностными. Это касается и известного композиционного материала-прототипа, содержащего в своем составе бактериальную целлюлозу и полимерный наполнитель-полисахарид. Поэтому из известности отдельных признаков заявляемого композиционного материала (наличие бактериальной целлюлозы и полимерного наполнителя) не вытекает с очевидностью возможность получения наблюдаемого технического результата - анизотропного набухания, анизотропных свойств гидрогеля и, тем более, улучшения деформационно-прочностных характеристик (у композиционного материала-прототипа они ниже средних значений для известных гидрогелей). Следует подчеркнуть, что оригинальная особенность заявляемого композиционного материала была обнаружена авторами изобретения случайно во время исследований, посвященных изучению возможности улучшения биосовместимости полученных ранее сшитых сополимеров акриламида с акрилатами щелочных металлов за счет формирования взаимопроникающих сеток с природными полимерами.

Вышесказанное позволяет утверждать о соответствии предлагаемого изобретения условию охраноспособности "изобретательский уровень" ("неочевидность").

Заявляемый гидрогель характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.

1. Гидрогель содержит бактериальную целлюлозу, или Acetobacter xylinum, полимерный наполнитель и воду или водный раствор.

2. Гидрогель в качестве полимерного наполнителя содержит синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, или синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, или поливиниловый спирт или его (мет)акрилат, или полиэтиленгликоль или его (мет)акрилат, или полиэтиленоксид или его (мет)акрилат в виде полимерной сетки внутри матрицы - бактериальной целлюлозы, концентрация полимерного наполнителя составляет 10-98% мас. в пересчете на сухую бактериальную целлюлозу, а влагоудержание гидрогеля составляет от 30% вплоть до степени равновесного набухания.

2.1. Гидрогель в качестве полимерного наполнителя включает синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кретоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четвертизации, 1-винил-2-пирролидона, при этом молекулярная масса полимера составляет не менее 50000.

2.2. Гидрогель в качестве полимерного наполнителя включает синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четвертизации, 1-винил-2-пирролидона и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, из ряда: N,N'-метилен-бис-акриламид, поли(этиленгликоль)ди(мет)акрилат, (мет)акрилат поливинилового спирта, аллилоксиэтилцеллюлоза, аллилоксипропилцеллюлоза, аллилсульфоэтилцеллюлоза, аллилкарбоксиметилцеллюлоза, аллилдекстран.

2.3. Матрицей является бактериальная целлюлоза в виде гель-пленки с содержанием бактериальной целлюлозы 0,3-50 мас.%.

Указанная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивает получение технического результата - создание прочного эластичного гидрогеля с анизотропными свойствами, прежде всего при деформировании. Анизотропность деформационно-прочностных свойств является оригинальным качеством заявляемого гидрогеля, которое не наблюдается у известных аналогов. При этом получаемые гидрогели прочнее аналогов при измерении во всех плоскостях (2,3-9,0 МПа для равновесно набухших в воде гидрогелей, 43 МПа - для неравновесно набухшего и содержащего 30% воды). Модуль упругости при сжатии гидрогелей на основе бактериальной целлюлозы и полиакриламида (10/90), сшитого аллилоксиэтилцеллюлозой, содержащих 81% воды, достигает максимума 12-36 МПа при измерениях, проведенных перпендикулярно поверхности образцов, и 1,5-70 МПа при измерениях, проведенных параллельно поверхности образцов, с ростом величины относительной деформации от 10 до 60% (максимальной). Максимальная величина относительной деформации соответствует величине относительной деформации (ε), при которой появляются признаки разрушения образца. Для образцов с различной жесткостью эта величина равна 30-60%. Во всех случаях модуль упругости заявляемых гидрогелей при 10%-ной относительной деформации выше соответствующих значений у аналогов. Лучшие показатели наблюдались у образцов, где измерения проводились перпендикулярно поверхности образцов (3,3-12 МПа, минимальное значение 1,4 МПа). Модуль упругости при максимальной относительной деформации выше, чем у аналога на основе поливинилового спирта (для аналога - 18 МПа): лучшие показатели у образцов, где измерения проводились параллельно поверхности образцов (19-70 МПа), при измерениях, проводимых перпендикулярно поверхности образцов, наиболее высокие показатели - 23-36 МПа. В отличие от аналогов качественный гидрогель получается не только при максимальном (равновесном) набухании заявляемого композиционного материала, но и при содержании воды 30% (15-95 МПа при относительной деформации, изменяемой от 10% до максимальной) и выше до максимальной величины, соответствующей степени равновесного набухания.

Следует также отметить, что наличие в составе природного полимера увеличивает биосовместимость заявляемого композиционного материала.

Отличительными существенными признаками заявляемого изобретения от гидрогеля-прототипа являются признаки п.2 и подпунктов 2.1-2.3, связанные с химической природой полимерного наполнителя, структурой материала.

Анализ известного уровня техники не позволил обнаружить решение, полностью совпадающее по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением, что может свидетельствовать о новизне предложения.

Только совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет достичь указанного выше технического результата. Как известно, все упомянутые ранее гидрогели-аналоги обладают изотропными свойствами, при этом их прочность не превышает 2,1 МПа. Это касается и известного гидрогеля-прототипа, содержащего в своем составе бактериальную целлюлозу и полимерный наполнитель - полисахарид. Поэтому из известности отдельных признаков заявляемого гидрогеля (наличие бактериальной целлюлозы, полимерного наполнителя и воды) не вытекает с очевидностью возможность получения наблюдаемого технического результата - анизотропных свойств гидрогеля и, тем более, улучшение деформационно-прочностных характеристик по сравнению с гидрогелем - прототипом (у гидрогеля-прототипа они ниже средних значений для известных гидрогелей) и лучшим по прочностным свойствам из аналогов - гидрогелем на основе поливинилового спирта.

Вышесказанное позволяет утверждать о соответствии предлагаемого изобретения условию охраноспособности "изобретательский уровень" ("неочевидность").

В целом, заявляемая группа изобретений может соответствовать условиям охраноспособности "новизна" и "изобретательский уровень" ("неочевидность").

Для подтверждения соответствия заявляемого решения требованию "промышленная применимость", а также для лучшего понимания сущности изобретения приводим примеры его конкретной реализации.

Примеры

Получение композиционных материалов

Способ получения композиционных материалов заключается в том, что внутри предварительно сформованной матрицы из бактериальной целлюлозы проводят радикальную (со)полимеризацию водорастворимых мономеров винилового ряда и/или (мет)акрилата ПЭГ, ПЭО, ПВС (производные ПЭГ, ПЭО, ПВС, содержащие акриловые или метакриловые группы) или их сополимеризацию со сшивающими агентами, содержащими две или более двойные связи, при соотношении бактериальная целлюлоза/мономер, изменяющемся в интервале от 2/98 до 90/10 (по массе). В качестве инициатора полимеризации могут быть использованы персульфаты щелочных металлов или аммония, различные редокс-пары, такие как персульфат щелочного металла или аммония - бисульфит щелочного металла, персульфат щелочного металла или аммония - тетраметил-этилен-диамин, а также комплексные соединения металлов переменной валентности и, в частности, ацетат кобальта (III), по аналогии с получением сшитых сополимеров акриловой кислоты, описанных в полученном авторами ранее патенте РФ №1481236. Инициирование полимеризации может быть осуществлено ультрафиолетовым светом или рентгеновским излучением. Используют гель-пленку из бактериальной целлюлозы с содержанием последней 0,3-50 мас.% (остальное - вода). Бактериальная целлюлоза или Acetobacter xylinum с соотношением сухой полимер/вода, равным ˜1/80 - 1/120, может быть получена несколькими способами в соответствии с методиками, описанными в следующих источниках: патент США №4655758; Whistler R.L. Methods in Carbohydrate Chemistry. V.3. Cellulose. New York-London: Acad. Press, 1963. P.4-9; Хрипунов А.К., Ткаченко А.А. Патент РФ N 2141530; Хрипунов А.К., Ткаченко А.А. Патент РФ N 2189394. Были использованы мономеры, инициаторы, сшивающие агенты, имеющиеся в продаже. В случае применения в качестве инициатора ацетата кобальта (III) и в качестве сшивателей-аллилполисахаридов, они получены по методикам, описанным в патенте РФ №1481236. Гель-пленку из бактериальной целлюлозы пропитывают водным раствором, содержащим мономер, инициатор и сшивающий агент, изолируют от доступа кислорода воздуха и оставляют до завершения процесса (со)полимеризации. В случае поливинилового спирта, полиэтиленгликоля, полиэтиленоксида использованы имеющиеся в продаже полимеры. Их вводят в гель-пленку из бактериальной целлюлозы путем ее набухания в растворе указанных полимеров с последующим облучением пучком электронов при дозе 1,3-2,7 мегарад.

Молекулярные массы несшитых полимеров составляют не менее 50000, иначе они могут вымываться из композиционного материала. Готовые композиционные продукты - бактериальная целлюлоза - синтетический гидрофильный полимер далее помещают в дистиллированную воду для отмывки от непрореагировавших низкомолекулярных соединений, затем высушивают. Получают композиционный материал в виде пластинок, которые могут быть измельчены. Состав композиционных материалов определен по количеству вводимых в реакционную смесь компонентов: бактериальной целлюлозы и мономеров. Ранее авторами изобретения было показано, что при полимеризации мономеров для наполнителя конверсия мономера близка к 100% (патент РФ №1481236). Кроме того, состав композиционных материалов подтвержден данными элементного анализа по таким элементам, как углерод, азот, сера, водород. Состав композиционных материалов, определенный по данным элементного анализа, соответствовал составу, определенному по количеству вводимых при синтезе компонентов. Структура композиционных материалов подтверждена с помощью ИК спектроскопии. Для композиционных материалов, содержащих карбонильные группы, было зафиксировано наличие максимумов при длине волны ˜1650 см^-1 и 3300 см^-1, соответствующих поглощению этой группы. Были также зафиксированы максимумы при 1050, 1100 и 1150 см^-1, характерные для гидроксильных групп целлюлозы.

Приведенные в таблице данные по равновесному набуханию и упругости гидрогелей так же, как известно, свидетельствуют об их сетчатой структуре. Известно, что основными свойствами полимерных сеток являются их способность к ограниченному набуханию в «хорошем» растворителе и способность в набухшем виде к упругим деформациям. Упругость гидрогелей проявляется в обратимости деформаций. После снятия нагрузки заявляемые гидрогели восстанавливают первоначальную форму и размер. Как известно, полимеры, не обладающие сеточной структурой, не демонстрируют обратимых деформаций. Таким образом, наличие полимерной сетки внутри матрицы можно установить, протестировав способность композиционного материала к ограниченному набуханию в воде, то есть зафиксировав степень его равновесного набухания в воде и его способность к упругим деформациям в набухшем виде, в виде гидрогеля. Данные тестирования содержатся в таблице (для всех примеров - содержание воды, данные по значениям модуля упругости). Величина степени равновесного набухания гидрогелей и их модуля упругости связана с плотностью сшивки сеток известными уравнениями Флори-Ренера и уравнением теории высокоэластичности. В случае заявляемых композиционных материалов оценить плотность сшивки сеток количественно невозможно, так как теория развита недостаточно для описания поведения таких сложных композиционных систем. Вместе с тем, качественно, сравнивая приведенные в таблице данные с данными для изученных авторами заявляемого изобретения ранее более простых однокомпонентных гидрогелей на основе полиакриламида и сополимеров акриламида с акрилатом натрия (Буянов А.Л., Ревельская Л.Г., Петропавловский Г.А. и др. Упругое поведение равновесно набухших полиэлектролитных гидрогелей на основе акриламида и акрилата натрия // Журн. прикл. химии. 1992. Т.65, №1. С.181-188), можно утверждать, что плотность сшивки композиционных гидрогелей - бактериальная целлюлоза-синтетический полимер значительно выше. Более высокая плотность сшивки заявляемых композиционных гидрогелей - по сравнению с гидрогелями на основе синтетических полимеров, очевидно, связана с особенностями их структуры, близкой к структуре взаимопроникающих полимерных сеток. Действительно, в композиционных гидрогелях цепи сшитого или не сшитого синтетического полимера находятся внутри физической сетки бактериальной целлюлозы. В случае не сшитого синтетического полимера он, как было показано ранее для композиционных систем обычная целлюлоза-полиакриламид и целлюлоза-полиакриловая кислота, по причине очень высокой молекулярной массы (до нескольких миллионов) не экстрагируется из композиционной структуры и прочно закреплен в ней многократными физическими переплетениями (Buyanov A.L., Revel'skaya L.G., Kuznetzov Yu.P., Shestakova A.S. Cellulose - poly (acrylamide or acrylic acid) interpenetrating polymer membranes for the pervaporation of water-ethanol mixtures // J. Appl. Polym. Sci. 1998. V.69. P.761-769). В последнем случае имеет место структура, близкая к взаимопроникающим сеткам с физическими переплетениями и физическими узлами сшивки. Если цепи синтетического полимера сшиты, то имеет место структура с химической сеткой синтетического полимера внутри физической сетки бактериальной целлюлозы.

Воспроизводимость структуры и эксплуатационных характеристик заявляемых композиционных материалов и гидрогелей определяется почти 100%-ной конверсией мономеров и выдерживанием соотношения заявляемых концентраций.

Примеры №№1-45 заявляемых композиционных материалов, их состав, состав гидрогеля и деформационно-прочностные свойства гидрогелей, а также примеры №№1-6 для аналогов приведены в таблице. В таблице использованы следующие сокращения химических соединений:

БЦ - бактериальная целлюлоза,

СП - синтетический полимер,

ПААм - полиакриламид на основе акриламида,

ПМААм - полиметакриламид на основе метакриламида,

ПИПААм - поли(N-изопропилакриламид) на основе N-изопропилакриламида,

ПИПМААм - поли(N-изопропилметакриламид) на основе N-изопропилметакриламида,

ПВП - поли(1-винил-2-пирролидон) на основе 1-винил-2-пирролидона,

ПЭГ - полиэтиленгликоль,

ПЭГА - поли(этиленгликоль)акрилат,

ПЭГМА - поли(этиленгликоль)метакрилат,

ПЭО - полиэтиленоксид,

ПЭОА - поли(этиленоксид) акрилат,

ПЭОМА - поли(этиленоксид)метакрилат,

ПВС - поливиниловый спирт,

ПВСА - поли(винилового спирта) акрилат,

ПАК - полиакриловая кислота,

ПМАК - полиметакриловая кислота,

ПМК - полималеиновая кислота,

ПКК - поликротоновая кислота,

ПИК - полиитаконовая кислота,

ПАМПСК - поли(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновая кислота).

ПДАЭА - поли(2-диметиламино-этил акрилат),

ПДАЭМА - поли(2-диметиламино-этил метакрилат),

ПДАПА - поли(2-диметиламино-пропил акрилат),

ПДАПМА - поли(2-диметиламино-пропил метакрилат),

НДГК - нор-дигидро-гуаиаретиновая кислота,

ПВС - поливиниловый спирт,

АОЭЦ - аллилоксиэтилцеллюлоза,

АМЦ - аллилметилцеллюлоза,

АКМЦ - аллилкарбоксиметилцеллюлоза,

АОПЦ - аллилоксипропилцеллюлоза,

АСЭЦ - аллилсульфоэтилцеллюлоза,

МБА - N,N'-метилен-бис-акриламид,

ПЭГДА - поли(этиленгликоль)диакрилат.

Реализация изобретения не ограничивается приведенными примерами.

Анизотропное набухание композиционных материалов и получение равновесно набухших гидрогелей

Полученные композиционные материалы помещают в воду или водные растворы для набухания до равновесной величины, которая характеризуется степенью равновесного набухания Q.

Величину Q композиционного материала определяют по формуле

Q=(W_н-W_c)/W_c,

где W_н и W_c - массы соответственно набухшего и сухого образцов.

Для гидрогелей со сравнительно невысокими степенями набухания обычно приводят не степень равновесного набухания, а величину содержания воды в мас.%, которую они имеют в состоянии равновесного набухания. Величины содержания воды в композиционных гидрогелях приведены в таблице.

В процессе набухания происходит увеличение только толщины плоских образцов. Остальные же их линейные размеры в процессе набухания не изменяются и в пределах ошибки измерения (плюс - минус 3%) остаются постоянными. Таким образом, происходит анизотропное набухание заявляемых композиционных материалов.

Гидрогели могут быть получены также в процессе получения композиционных материалов. Для этого после стадии отмывки от непрореагировавших веществ готовые композиционные материалы не высушивают, а сразу помещают в воду или водные растворы. В процессе набухания происходит увеличение только толщины плоских образцов, то есть наблюдается анизотропное набухание.

Готовые образцы представляют собой упругие и прочные гидрогели в виде кусков, например, размером ˜(5-15) см×(5-15) см при толщине 0,2-2 см.

Следует отметить, что гидрофильные сшитые синтетические полимеры, полученные авторами ранее (патент РФ №1481236), сами по себе набухают изотропно.

Высушенная бактериальная целлюлоза вообще не набухает.

Гель-пленка из бактериальной целлюлозы практически не выдерживает механических нагрузок, из нее сразу начинает вытекать вода, поэтому ее деформационно-прочностные свойства не измеряют.

Деформационно-прочностные свойства гидрогелей

Анизотропное набухание заявляемых композиционных материалов приводит к получению гидрогелей с анизотропными свойствами, прежде всего при деформировании.

Анизотропия деформационно-прочностных свойств, по-видимому, определяется несколькими факторами. Безусловно, объективно она зависит от природы композиционных материалов. При набухании заявляемых композиционных материалов, по-видимому, цепи синтетического полимера вытягиваются, то есть ориентируются по одной оси внутри матрицы из бактериальной целлюлозы, надмолекулярная структура которой - сетка с микрофибрилярными волокнами (Tomson N.S., Carlson J.A., Kaustinen H.M. Tunnel structures in Acetobacter xylinum // Int. J. Biol. Macromol. 1988. V.10. P.126-127). Очень важно, что по своему строению наполнитель - синтетические полимеры - является гибкоцепным. Относительно структуры самой бактериальной целлюлозы в настоящее время еще не получено достаточно полной информации. В работе (Tomson N.S., Carlson J.A., Kaustinen H.M. Tunnel structures in Acetobacter xylinum // Int. J. Biol. Macromol. 1988. V.10. P.126-127) методом сканирующей электронной микроскопии было показано, что в структуре бактериальной целлюлозы имеются туннельные области, но относительно ориентации этих областей преимущественно вдоль одной оси данных получено не было. Таким образом, исходя только из структуры бактериальной целлюлозы, нельзя было предположить определенной ориентации синтетического полимера и наблюдаемых анизотропных свойств композиционных материалов при набухании и деформировании.

Степень анизотропного набухания композиционного материала зависит от гидрофильности синтетического полимера, его потенциальной способности к набуханию. Таким образом, анизотропные свойства композиционного материала и гидрогеля на его основе являются следствием удачного сочетания природы и свойств матрицы и наполнителя. Синергический эффект этого сочетания проявился не только в анизотропии, но и в увеличении прочностных свойств, что было невозможно предугадать.

Анизотропия проявляется по-разному при разной относительной деформации: при 10%-ной выше модуль упругости у образцов, вырезанных перпендикулярно поверхности набухшего гидрогеля, при максимальной относительной деформации - наоборот.

Деформационно-прочностные характеристики гидрогелей определены для равновесно набухших образцов композиционных материалов, вырезанных в виде цилиндров с диаметром 7-10 мм и с высотой 6-12 мм Испытание проведены на универсальной установке для механических испытаний UTS 10 (фирма UTStestsysteme, Германия) в режиме сжатия при скорости перемещения 1 мм/мин при непрерывной записи данных нагрузка-деформация. Образцы для испытания вырезали в двух направлениях, обозначенных далее (см. также таблицу) как ⊥ и ||:

⊥ - перпендикулярно поверхности плоского образца, то есть по толщине,

|| - параллельно поверхности плоского образца, то есть вдоль.

Для резки образцов использован специальный цилиндрический резак из титана, закрепленный в штативе. Штатив позволяет фиксировать резак строго вертикально и дает возможность для перемещения резака по вертикальной оси.

При испытании образцов записаны диаграммы напряжение сжатия - перемещение в непрерывном режиме записи в диапазоне величин относительной деформации (ε) до 70% или же до разрушения образца, если оно происходило раньше. Величина текущего модуля упругости Е, выраженная в мегапаскалях (МПа), определена по наклону кривых напряжение - сжатия σ - ε при компьютерной обработке данных по программе «Origin 6». Показателем прочности гидрогелей являлась величина максимальной нагрузки, при которой не было заметно каких-либо признаков нарушения их целостности или появления микротрещин. В ряде случаев на кривых σ - ε был заметен участок, на котором наблюдалось уменьшение величины текущего модуля упругости (уменьшение наклона кривых). Такое уменьшение наклона кривых рассмотрен как критерий наличия необратимых изменений в структуре гидрогелей (Stammen J.A. et al. Mechanical properties of a novel PVA hydrogel in shear and unconfined compression. Biomaterials. 2001. V.22. P.799-806) и за величину прочности принята величина σ, зафиксированная до начала уменьшения модуля упругости.

Все данные по деформационно-прочностным характеристикам гидрогелей на основе заявляемых композиционных материалов, приведенные в таблице, являются усредненными значениями по трем-пяти образцам. Точность измерений для всех образцов находится в диапазоне ±2,5-3,5%. При повторных испытаниях образцов возможно незначительное изменение их модуля упругости. После первого деформирования образцы становятся более податливыми при невысоких значениях ε (ε≅10%), но более жесткими при ε≅30% и выше. Изменения прочности гидрогелей при этом не наблюдается.

Анизотропные свойства при деформировании гидрогелей подтверждаются данными таблицы. Образцы, набухшие в воде, вырезанные вдоль поверхности (||), на участке деформирования ε≅10% имеют величину модуля упругости, приблизительно в 2-8 раз более низкую по сравнению с образцами, вырезанными перпендикулярно поверхности (⊥). С другой стороны, образцы (||) имеют в 1,3-2,6 раза более высокие величины максимального модуля упругости.

Высокие деформационно-прочностные характеристики гидрогелей на основе заявляемого композиционного материала подтверждаются данными таблицы. Все равновесно набухшие образцы имеют более высокие величины прочности по сравнению с аналогами. В примерах №№1-9, 13-29 приведены данные для образцов гидрогелей, набухших в воде. Величина прочности образцов находится в диапазоне 2,3-9,0 МПа. Для лучших из аналогов (гидрогели на основе поливинилового спирта) прочность равна 1,4 и 2,1 МПа. Существенно, что более высокие деформационно-прочностные характеристики гидрогелей достигаются при меньшем содержании в них композиционного материала, то есть при большей степени равновесного набухания. По величине модуля упругости все образцы гидрогелей на основе заявляемых композиционных материалов в основном превосходят аналоги, если сравнивать во всем диапазоне изменения модуля упругости и учитывать то, что сравнивать характеристики целесообразно для образцов с близкими величинами степени равновесного набухания. Лучшая характеристика модуля упругости при сжатии гидрогеля - 36 и 70 МПа, измеренная у перпендикулярно и параллельно вырезанных образцов соответственно и при максимальной относительной деформации. Анизотропия при деформировании гидрогеля проявляется в том, что модуль упругости, измеренный в одной из плоскостей, значительно превосходит модуль упругости, измеренный в другой плоскости (в 1,7-8 раз в зависимости от состава полимера и от величины относительной деформации).

В отличие от аналогов качественный гидрогель получается не только при максимальном (равновесном) набухании заявляемого композиционного материала, но и при снижении содержания воды вплоть до 30% (модуль упругости 15-95 МПа при относительной деформации, изменяемой от 10% до максимальной, прочность 43 МПа).

Аналогичные результаты, касающиеся деформационно-прочностных свойств, достигнуты для гидрогелей, полученных при набухании заявляемых композиционных материалов в водных растворах хлористого натрия (примеры №№30-45 в таблице). Прочность составляет 2,2-3,9 МПа, модуль упругости 2,9-5,1 МПа для образцов, вырезанных перпендикулярно поверхности (⊥), и до 15 МПа у образцов, вырезанных параллельно поверхности (||).

В таблице в примерах №№11 и 12 приведены данные о равновесно набухшем гидрогеле в смеси этанол-вода (80 об.% этанола). Подобные гидрогели, а также набухшие в смеси ацетон-вода, преимущественно могут быть использованы для исполнительных устройств. Анизотропия для этого варианта сохраняется и даже при 10%-ной относительной деформации проявляется значительно сильнее по сравнению с наблюдаемой для образцов, набухших в воде, в отдельных случаях модуль упругости достигает 193 МПа. Прочность образцов очень высока, они не разрушаются при относительной деформации до 70%. Поэтому в примерах поставлен знак "больше" 63 МПа.

Для разных вариантов применения гидрогелей прочность важна всегда, при этом материалы могут быть востребованы с разной упругостью. Также важно иметь возможность варьировать соотношение величин модуля упругости для поперечных и продольных образцов, соответственно.

Высокие деформационно-прочностные характеристики и анизотропность свойств гидрогелей, полученных из заявляемых композиционных материалов, позволяет предполагать их возможное использование в качестве имплантантов мягких тканей и, прежде всего, хрящей. Известно, что хрящи в организме человека и животных могут подвергаться значительным механическим нагрузкам. Модуль упругости при сжатии суставных хрящей человека составляет 2-14 МПа при различных величинах относительной деформации (Zheng-Qiu G., Jiu-Mei X., Xiang-Hong Z. The development of artifical articular cartilage PVA-hydrogel // Biomed. Mater. Engng. 1998. V.8. P.75-81). При этом хрящи выдерживают многократные нагрузки, если величина относительной деформации не превышает 30% (Bray J.C., Merrill E.W. PVA-hydrogels for synthetic articular cartilage material // J. Biomed. Mater. Res. 1973. V.7. P.431-443). При больших величинах относительной деформации наблюдаются необратимые изменения в структуре хрящей, приводящие к падению модуля упругости и, в конечном счете, к их разрушению. Как было указано выше, гидрогели на основе заявляемых композиционных материалов отвечают всем требованиям для замены больных и травмированных хрящей по уровню деформационно-прочностных характеристик, изнашиваемости, способности к анизотропии в нужном направлении. Получены данные о нетоксичности и биосовместимости заявляемых композиционных материалов и гидрогелей на их основе. Ранее было показано, что при использовании гель-пленки бактериальной целлюлозы, набухшей в водном растворе антисептика - катапола, цигерола и др., в качестве отграничительного материала при поперечной лапаростомии у больных с гнойно-некротическим панкреатитом, не обнаружено вредного воздействия на окружающие ткани и серозные покровы (Кахадзе М.А., Мирошниченко А.Г., Хрипунов А.К, Ткаченко А.А. и др. Применение гидрогелевой повязки «Бакцелосепт» в лечении гнойно-некротического панкреатита и послеоперационных гнойных ран // Современные подходы к разработке эффективных перевязочных средств, шовных материалов и имплантантов: Материалы Межд. конф. М., 1995. С.140-141). Известно, что использованные в заявляемом композиционном материале синтетические полимеры отличаются низкой токсичностью (Wilse de Cassia Novaes, M.D., and Agnes Berg, M.D. Experiences with a new nonbiodegradable hydrogel (aquamid): A pilot study // Aesthetic Plastic Surgery - 2003 - V.27 - P.376-380). Проведено тестирование непосредственно заявляемых композиционных материалов и гидрогелей на их основе на биосовместимость. В экспериментах, проведенных на животных, данные микроскопии показали, что на границе контакта вокруг искусственного хряща формируется соединительная ткань, развивается сеть капилляров. Далее внутрь искусственного хряща внедряются фибропласты, которые откладывают в его массу коллаген.

Выход за рамки заявленных интервальных параметров приводит к тому, что при увеличении концентрации полимерного наполнителя выше 98 мас.% композиционный материал не проявляет анизотропии при набухании, так как почти полностью состоит из синтетического полимера, который самостоятельно набухает изотропно, при введении в состав композиционного материала полимерного наполнителя в количестве менее 10 мас.% гидрогели имеют сниженные деформационно-прочностные характеристики. Содержание воды или водного раствора в гидрогеле не должно быть меньше 30%, иначе гидрогель становится очень жестким.

Описан композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, включающий бактериальную целлюлозу - Acetobacter xylinum и полимерный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он содержит синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, или синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, или поливиниловый спирт или его (мет)акрилат, или полиэтиленгликоль или его (мет)акрилат, или полиэтиленоксид или его (мет)акрилат, при этом молекулярные массы несшитых полимеров составляют не менее 50000, в виде полимерной сетки внутри матрицы - бактериальной целлюлозы, а концентрация полимерного наполнителя составляет 10-98% мас., а также гидрогель на его основе. Изобретение позволяет создать прочный эластичный гидрогель с анизотропными свойствами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный материал, способный к образованию гидрогеля, включающий бактериальную целлюлозу - Acetobacter xylinum и полимерный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он содержит синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, или синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, или поливиниловый спирт или его (мет)акрилат, или полиэтиленгликоль или его (мет)акрилат, или полиэтиленоксид или его (мет)акрилат, при этом молекулярные массы несшитых полимеров составляют не менее 50000, в виде полимерной сетки внутри матрицы - бактериальной целлюлозы, а концентрация полимерного наполнителя составляет 10-98 мас.%.2. Композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он включает синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четверизации, 1-винил-2-пирролидона, при этом молекулярная масса полимера составляет не менее 50000.3. Композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он включает синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет) акриламида и продуктов их четверизации, 1-винил-2-пирролидона и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, из ряда N,N'-метилен-бис-акриламид, поли(этиленгликоль) ди(мет)акрилат, (мет)акрилат поливинилового спирта, аллилоксиэтилцеллюлоза, аллилоксипропилцеллюлоза, аллилсульфоэтилцеллюлоза, аллилкарбоксиметилцеллюлоза, аллилдекстран.4. Гидрогель, включающий бактериальную целлюлозу - Acetobacter xylinum, полимерный наполнитель и воду, или водный раствор хлористого натрия, или смесь ацетон-вода или этанол-вода, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он содержит синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, или синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, или поливиниловый спирт или его (мет)акрилат, или полиэтиленгликоль или его (мет)акрилат, или полиэтиленоксид или его (мет)акрилат, при этом молекулярные массы несшитых полимеров составляют не менее 50000, в виде полимерной сетки внутри матрицы - бактериальной целлюлозы, концентрация полимерного наполнителя составляет 10-98 мас.% в пересчете на сухую бактериальную целлюлозу, а влагоудержание гидрогеля составляет от 30% вплоть до степени равновесного набухания.5. Гидрогель по п.4, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он включает синтетический гидрофильный высокомолекулярный гомо- или сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четверизации, 1-винил-2-пирролидона, при этом молекулярная масса полимера составляет не менее 50000.6. Гидрогель по п.4, отличающийся тем, что в качестве полимерного наполнителя он включает синтетический гидрофильный сшитый сополимер на основе водорастворимых мономеров винилового ряда, состоящего из (мет)акриламида, (мет)акриловой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, N-изопропил(мет)акриламида, 2-(мет)акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновой кислоты или ее солей с ионами щелочных металлов или аммония, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, N,N-диметиламиноэтил (мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акрилата, N,N-диметиламинопропил(мет)акриламида и продуктов их четверизации, 1-винил-2-пирролидона и сшивающего агента, имеющего в структуре молекулы две или более двойных связей, из ряда N,N'-метилен-бис-акриламид, поли(этиленгликоль)ди(мет)акрилат, (мет)акрилат поливинилового спирта, аллилоксиэтилцеллюлоза, аллилоксипропилцеллюлоза, аллилсульфоэтилцеллюлоза, аллилкарбоксиметилцеллюлоза, аллилдекстран.7. Гидрогель по п.4, отличающийся тем, что матрицей является бактериальная целлюлоза в виде гель-пленки с содержанием бактериальной целлюлозы 0,3-50 мас.%.