Способ создания перевязочного материала на основе хитозана, оксида цинка и серебра Российский патент 2025 года по МПК A61F13/02 A61P17/02 

Изобретение относится к области медицины, в частности создания инновационного пластыря на основе «органика/неорганика», позволяющего увеличить антибактериальные и антимикробные свойства, и может быть использовано, для производства пластырей, перевязывающих материалов.

В последние годы по литературным данным проводятся исследования, направленные на изучение защиты кожи при повреждениях. Первичным средством, чтобы избежать инфекций, является пластырь. Большая часть из них не удобны и не эффективны. Но в сочетании таких материалов, как органика/неорганика могут повысить функциональные свойства конечного продукта. Таким образом, перевязочный материал на основе хитозана, является уникальной органической биоразлагаемой подложкой. Неорганические покрытия, сформированные на поверхности хитозана, позволят ее усовершенствовать и дополнить функциональные свойства конечного продукта [1-3].

ZnO является уникальным антимикробным, антибактериальным материалом [4, 5]. Под воздействием наночастиц оксида цинка, происходит повышение генерации активных форм кислорода, таких как гидроксильные радикалы, супероксидные анионы и пероксид водорода. В целом, антибактериальная активность заключается в разрушении клеточной стенки бактерии за счет усиления перекисного окисления липидов, разрушении биопленки, образованной микроорганизмами, ингибировании и репликации ДНК бактерии [6].

Наночастицы Ag характеризуются уникальными свойствами, связанными с высоким отношением их поверхности к объему, что определяет большую эффективность их действия. Серебро в ионном виде обладает бактерицидным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов, вызывающих острые инфекции [7-9]. Механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра поглощаются клеточной оболочкой микроба, в результате чего его клетка остается жизнеспособной, но при этом полностью нарушается ее работоспособность и, как следствие, пагубное воздействие на открытую рану [10].

Бактериоферритин белок Dps. Размер и структура ферритина [11], а также его совместимость с биологическими тканями делают его подходящим объектом для использования в медицине [12]. Для достижения данной цели оболочка ферритина модифицируется посредством присоединения к поверхности пептидов и различных молекул или модифицируется генетически, а внутренняя полость может заполняться ионами.

С момента начала исследований хитозана, большое внимание уделялось его химической модификации по реакциям полимераналогичных превращений с веществами, отличающимися как химической природой, так и строением. Отработаны методики формирования производных хитозана с максимальной степенью замещения и разработаны конкурентоспособные рыночные продукты, которые применяются в основном в косметологии и в фармации. Способность хитозана к комплекс образованию со многими неорганическими материалами и лекарственными средствами определила разработку на их основе композитов в наноструктурированной форме медико-биологического назначения. Перспективной основой для создания многослойных наноструктур является «хитозан-ZnO/Ag-белок Dps». При получении такого композита определяющим является размер неорганических пленок, который должен лежать в интервале 7-20 нм.

Двухслойная повязка хитозан/серебро, показала превосходную кислород проницаемость, контролируемую скорость пропускания водяного пара и способность поглощать воду. Данный материал проявлял превосходную антибактериальную активность в культуре in vitro в течение 1 недели [13, 14]. Антибактериальная активность увеличилась благодаря комбинации ZnO с наночастицами серебра [15]. Антимикробная способность хитозана усиливается благодаря присутствию переходных металлов.

Для создание такого инновационного материала на основе «органика/неорганика» нами была сконструирована реакционная камера для атомно слоевого осаждения с вертикальным расположением образца к газовому потоку. Данный метод осаждения способен сформировать конформные покрытия на развитых поверхностях, а именно вспененного хитозана. Способ получения органической подложки претерпевает несколько этапов. Во-первых, получение самой органической подложки, полученную органическую часть подвергают обработке четвертой гармоникой (λ=266 нм) наносекундной лазерной системы Nd:YAG (ЛОТИС ТИИ, Беларусь) с энергией импульса 50 мили Дж, частотой лампы 20 Hz и частотой следования импульса 10 Hz. Во-вторых, на вспененную полученную структуру осаждают ZnO методом атомно слоевого осаждения, при температуре 80°С толщиной 30 нанометров с использованием прекурсоров диэтилцинка (DEZ) Zn(C₂H₅)₂ и деионизированной воды (DI) H₂O. В-третьих, напыление тонких пленок Ag толщиной 7 нм выполняют методом магнетронного осаждения.

У способа имеется наиболее близкий аналог по патенту Германия - ЕР 1473047 В1 (опубликован 10.11.2006). Суть также заключается в создании перевязочного материала, обладающей подавляющими свойствами к бактериям, тем не менее, аналогичное изобретение имеет в составе только целлюлозный лист.

Известно раневое покрытие губчатого типа [патент РФ 2240830, кл. A61L 15/44, опубл. 27.11.2004], содержащее в качестве основы смесь коллагеноподобного белка и хитозана со структурообразователем, например глутаровым альдегидом. Покрытие также содержит органическую кислоту и вспомогательные вещества. В качестве органической кислоты оно включает полиосновную карбоновую кислоту в смеси с аминокислотой или смесь полиосновных карбоновых кислот с аминокислотой. В качестве вспомогательных веществ губка содержит лекарственные вещества, повышающие ее лечебные свойства, например супероксиддисмутазу или бета-каротин; вещества, усиливающие антибактериальную защиту, например хлоргексидина биглюконат или полисепт; пластификаторы из группы полиспиртов, например глицерин; высокомолекулярные вещества, улучшающие адгезию к раневой поверхности и усиливающие выход лекарственных веществ, например поливиниловый спирт. Недостатком известного способа является многостадийность и длительность процесса, необходимость соблюдения определенного температурного режима при приготовлении растворов компонентов, обязательное наличие стадии диализа раствора при соотношении диализуемого раствора к воде не менее 1:100 в течение менее 16 часов, введение агрессивного сшивающего агента - глутарового альдегида, введение пластификатора и специальных биологически активных веществ, а также замораживание в сублимационной камере и сублимационная сушка. Кроме того, получаемое раневое покрытие, несмотря на высокие ранозаживляющие свойства, неспособно моделировать поверхность раны, особенно поверхности со сложным рельефом. Это, в свою очередь, снижает лечебный эффект данного раневого покрытия.

Задачей способа является увеличение противомикробных и антибактериальных свойств перевязочного материала.

Проставленная задача решается тем, что в способе создания перевязочного материала на основе хитозана, оксида цинка и серебра, используют атомно слоевое осаждение для роста тонких пленок ZnO, после предварительной подготовки органических подложек, для чего 0,02 грамма порошка хитозана растворяют в 1 мл 2-% раствора уксусной кислоты, для более тщательного перемешивания центрифугируют в течении 30 минут при 1000 оборотах в минуту; далее полученный раствор наносят на предметное стекло размером 10 на 10 мм, после чего высушивают при комнатной температуре в течении 24 часов; после чего полученную подложку подвергают обработке четвертой гармоникой (λ=266 нм) наносекундной лазерной системы Nd:YAG (ЛОТИС ТИИ, Беларусь) с энергией импульса 50 мили Дж, частотой лампы 20 Hz и частотой следования импульса 10 Hz; далее на полученную структуру осаждают ZnO методом атомно слоевого осаждения, при температуре 80°С толщиной 30 нанометров с использованием прекурсоров диэтилцинка (DEZ) Zn(C₂H₅)₂. и деионизированной воды (DI) Н₂О; после методом магнетронного осаждения напыляют 7 нм Ag.

Использование раневого покрытия на основы хитозана и антибактериальных препаратов исключает необходимость снимать покровный материал для периодического нанесения антибактериальных препаратов или других необходимых веществ на раневую поверхность и использовать одноразовые перевязочные материалы. Кроме того, процесс заживления раны сопровождается значительным отделением из раны гнойного экссудата. В связи с этим важно такое свойство хитозана, как его сорбционная способность. Также хитозан обладает антибактериальными свойствами и оказывает стимулирующее действие на процессы заживления ран и ожогов, ускоряет эпителизацию.

Способ получения гибридного материала, инновационного пластыря на основе «органика/неорганика», осуществляется в результате использования атомно слоевого осаждения и метод магнетронного осаждения после предварительной подготовки органических подложек, для чего 0,02 грамма порошка хитозана растворяют в 1 мл 2-% раствора уксусной кислоты, для более тщательного перемешивания центрифугируют в течении 30 минут при 1000 оборотах в минуту; далее полученный раствор наносят на предметное стекло размером 10 на 10 мм, после чего высушивают при комнатной температуре в течении 24 часов; после чего полученную подложку подвергают обработке четвертой гармоникой (λ=266 нм) наносекундной лазерной системы Nd:YAG (ЛОТИС ТИИ, Беларусь) с энергией импульса 50 мили Дж, частотой лампы 20 Hz и частотой следования импульса 10 Hz; далее на полученную структуру осаждают ZnO методом атомно слоевого осаждения, при температуре 80°С толщиной 30 нанометров с использованием прекурсоров диэтилцинка (DEZ) Zn(C₂H₅)₂. и деионизированной воды (DI) Н₂О; после методом магнетронного осаждения напыляют 7 нм Ag.

Заявляемое покрытие для лечения ран обладает значительными преимуществами по сравнению с известными композициями того же назначения.

Использование в медицинской практике заявляемого изобретения позволяет осуществлять лечение ран любой этиологии на различных стадиях заживления с возможностью оказывать требуемые лечебные воздействия в зависимости от стадии заживления и объективного состояния раны. Предлагаемое раневое покрытие обладает антибактериальными, ранозаживляющими свойствами и пролонгированным действием лекарственного вещества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Халимов Р.И., Омелько Н.А. Обзор биомедицинского применения композитных матриксов на основе хитозана // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2022. - №12. - С. 42.

2. Ленькова Е.Д. ЛЕЧЕБНАЯ РАНОЗАЖИВЛЯЮЩАЯ ПОВЯЗКА НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ. - 2022.

3. Артикходжаева Б.А. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАНЕВЫХ ПОКРЫТИЙ И ПЕРЕВЯЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ (ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ) // Innovations in Technology and Science Education. - 2023. - T. 2. - №10. - C. 428-438.

4. Тимофеев С.С.и др. Синтез, свойства и антимикробная активность наноструктур AlOOH-Zn-ZnO-LDH // Журнал физической химии. - 2021. - Т. 95. - №.5. - С. 792-799.

5. Чжоу В.Р., Сулиз К.В. БИКОМПОНЕНТНЫЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ ZnO-Ag С ПОВЫШЕННОЙ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ И АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики-2021. - 2022. - С. 396-398.

6. Кондранова А.М. и др. СИНТЕЗ И АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ КОМПОЗИТНЫХ ОКСИДОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИНКА / /III Международная конференция молодых ученых по современным проблемам материалов и конструкций. - 2019. - С .77-82.

7. Саид-Галиев Э.Е. и др. Синтез Ag- и Cu-хитозановых нанометаллополимерных композитов в среде сверхкритического диоксида углерода и исследование их структуры и антимикробной активности // Российские нанотехнологии. - 2011. - Т.6. - №.5-6. - С. 94-194.

8. Муха Ю.П. и др. Антимикробная активность стабильных наночастиц серебра заданного размера // Прикладная биохимия и микробиология. - 2013. - Т. 49. - №2. - С. 215-215.

9. Котякова К.Ю., Штанский Д.В. БАКТЕРИЦИДНАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ С ЧАСТИЦАМИ AG И FE // EurasiaScience. - 2022. - С. 80-81.

10. Завьялов В.В. и др. Бактерицидные свойства модульных защитных материалов / /Вестник войск РХБ защиты. - 2023. - Т. 6. - №.2. - С. 123-136.

11. Швырева У.С, Тутукина М.Н., Озолинь О.Н. Бактериоферритин: свойства и структурно-функциональная организация регуляторной области гена dps // Биофизика. - 2011. - Т. 56. - №5. - С. 821-830.

12. Абдулнасыров Э.Г. и др. АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ К 56 ТОМУ ЗА 2011 ГОД // Биофизика. - 2012. - Т. 57. - №1. - С. 155-163.

13. Bishop, Role of oxygen in wound healing, J. Wound Care 17 (9) (2008) 399-402.

14. J.J. Eisner, A. Shefy-Peleg, M. Zilberman, Novel biodegradable composite wound dressings with controlled release of antibiotics: microstructure, mechanical and physical properties, J Biomed Mater Res В Appl Biomater 93 (2) (2010) 425-435.

15. Y. Liu, H.-I. Kim, Characterization and antibacterial properties of genipin - crosslinked chitosan/poly (ethylene glycol)/ZnO/Ag nanocomposites, Carbohydr. Polym. 89 (1) (2012) 111-116.

Настоящее изобретение относится к способу создания перевязочного материала на основе хитозана, оксида цинка и серебра, при котором используют атомно-слоевое осаждение для роста тонких пленок ZnO после предварительной подготовки органических подложек, для чего 0,02 грамма порошка хитозана растворяют в 1 мл 2% раствора уксусной кислоты, для более тщательного перемешивания центрифугируют в течение 30 минут при 1000 оборотах в минуту; далее полученный раствор наносят на предметное стекло размером 10×10 мм, после чего высушивают при комнатной температуре в течение 24 часов; после чего полученную подложку подвергают обработке четвертой гармоникой λ=266 нм наносекундной лазерной системы Nd:YAG с энергией импульса 50 мДж, частотой лампы 20 Гц и частотой следования импульса 10 Гц; далее на полученную структуру осаждают ZnO методом атомно-слоевого осаждения при температуре 80°С толщиной 30 нм с использованием прекурсоров диэтилцинка Zn(C₂H₅)₂ и деионизированной воды Н₂О; после методом магнетронного осаждения напыляют 7 нм Ag. Настоящее изобретение обеспечивает увеличение противомикробных и антибактериальных свойств перевязочного материала.

Способ создания перевязочного материала на основе хитозана, оксида цинка и серебра, при котором используют атомно-слоевое осаждение для роста тонких пленок ZnO после предварительной подготовки органических подложек, для чего 0,02 грамма порошка хитозана растворяют в 1 мл 2% раствора уксусной кислоты, для более тщательного перемешивания центрифугируют в течение 30 минут при 1000 оборотах в минуту; далее полученный раствор наносят на предметное стекло размером 10 на 10 мм, после чего высушивают при комнатной температуре в течение 24 часов; после чего полученную подложку подвергают обработке четвертой гармоникой λ=266 нм наносекундной лазерной системы Nd:YAG с энергией импульса 50 мДж, частотой лампы 20 Гц и частотой следования импульса 10 Гц; далее на полученную структуру осаждают ZnO методом атомно-слоевого осаждения при температуре 80°С толщиной 30 нм с использованием прекурсоров диэтилцинка Zn(C₂H₅)₂ и деионизированной воды Н₂О; после методом магнетронного осаждения напыляют 7 нм Ag.