Композиция для получения градиентного гидрогелевого полимерного материала, способ его получения и градиентный гидрогелевый полимерный материал

Композиция для получения градиентного гидрогелевого полимерного материала, способ его получения и градиентный гидрогелевый полимерный материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области получения градиентных гелевых полимерных материалов на основе полиакриламида, а точнее к получению композиции на основе сополимеров акриламида и N,N'-метиленбисакриламида и материала на ее основе.

Изобретение может быть использовано в медицине для хирургической пластики мягких тканей с регулируемой жесткостью поверхностных слоев. Регулируемое изменение модуля упругости гидрогелевого материала в вертикальном или радиальном направлении от 10-15 до 500-600 Па позволяет в широких пределах изменять прочностные и физико-химические свойства гелей (плотность, упругость и эластичность, способность к усадке, набуханию в водной среде). Градиентные гидрогелевые материалы на основе полиакриламида могут использоваться для пластики тканей различной прочности и упругости как амортизаторы.

Известна композиция для градиентного полимерного материала (патент RU 2061708), состоящая из "жесткого" ароматического диизоцианата (100 массовых частей) и "эластичного" низкомолекулярного полимера (17-517 мас. частей), а также катализатора отверждения (0,05-3,0 мас. части) в присутствии 0,5-6,0 мас. частей сокатализатора. На основе этой композиции при регулируемом изменении соотношения низкомолекулярного каучука и ароматического диизоцианата в смеси в определенном направлении были получены градиентные материалы с заданным градиентом модуля упругости вдоль образца в диапазоне 3-2000 МПа. Данная композиция и монолитные материалы на ее основе вследствие особенностей физико-механических свойств с успехом могут использоваться как конструкционные материалы с широким диапазоном непрерывного изменения модуля упругости.

Недостатком данной композиции и материалов на ее основе является невозможность их использования в качестве аналогов биологических тканей, имеющих гидрогелевую структуру.

Известна композиция для хирургической пластики мягких тканей (патент RU 2127095), состоящая из прочной и эластичной полимерной или биополимерной оболочки и гидрогелевого наполнителя, содержащего 4,0-8,0 мас.% сополимера акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, взятых в массовом соотношении 100:0,5-5,0. На основе данной композиции были получены эндопротезы молочной железы, обладающие необходимым уровнем плотности, биологической и химической инертности.

Однако прочность протеза обеспечивалась полимерной или биополимерной оболочкой, внутрь которой помещался полиакриламидный гелевый наполнитель. Использование упрочняющей полимерной оболочки усложняет процесс изготовления имплантата с необходимыми физико-химическими свойствами.

Известна композиция для пластики мягких тканей (патент RU 2127129), выбранная нами в качестве прототипа, содержащая акриламид 1-8 мас.%, N,N'-метиленбисакриламид 0,05-0,4 мас.% (при их соотношении 100:0,5-5,0), пероксидный инициатор сополимеризации 0,003-0,3 мас.% и воду от 91 мас.%. Гидрогелевый полиакриламидный материал для пластики мягких тканей, полученный на основе данной композиции, обладает биологической и химической инертностью.

Недостатком данной композиции является фиксированный однородный состав компонентов в объеме гидрогеля, исключающий возможность регулирования прочностных и физико-химических свойств материала по объему.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании градиентного гидрогелевого полимерного материала на основе сополимеров акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, обладающего вертикальным или радиальным непрерывным градиентом модуля упругости и пригодного по своим биологическим, прочностным и физико-химическим свойствам для использования в медицине для пластики тканей.

Поставленная задача решается тем, что композиция для получения градиентного гидрогелевого полимерного материала представляет собой смесь разбавленного и концентрированного растворов мономеров. Разбавленный раствор содержит 2-3 мас.% акриламида, 0,1-0,2 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,01 мас.% персульфата аммония, а также для регулирования скорости диффузии мономеров из концентрированного раствора в разбавленный в последний добавляют регулятор вязкости - глицерин в количестве 0,5-2,0 мас.% при вертикальном градиентном распределении компонентов в конечной системе или смесь глицерина и поливинилового спирта по 3,5-8,0 мас.% каждого при радиальном градиентном распределении компонентов в конечной системе.

Концентрированный раствор содержит 6,0-45,0 мас.% акриламида, 0,6-1,0 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,04 мас.% персульфата аммония в бидистиллированной воде, причем вышеуказанный разбавленный раствор составляет 75-80% от общей массы системы, а вышеуказанный концентрированный раствор составляет 20-25% от общей массы системы.

Способ получения градиентного гидрогелевого полимерного материала на основе сополимеров акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, заключается в том, что в разбавленный раствор, содержащий 2-3 мас.% акриламида, 0,1-0,2 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,01 мас.% персульфата аммония и регулятор вязкости - глицерин в количестве 0,5-2,0 мас.% или смесь глицерина и поливинилового спирта по 3,5-8,0 мас.% каждого, помещенный в сосуд заданной формы, тонкой струей без перемешивания добавляют концентрированный раствор, содержащий 6-45 мас.% акриламида, 0,6-1,0 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,04 мас.% персульфата аммония в бидистиллированной воде, причем вышеуказанный разбавленный раствор составляет 75-80% от общей массы системы, а вышеуказанный концентрированный раствор составляет 20-25% от общей массы системы. Вследствие регулируемой диффузии мономеров из концентрированного раствора в разбавленный конечная система имеет градиентное распределение концентраций компонентов в вертикальном или радиальном направлении. Затем систему инкубируют при 40°С в течение 1-2 часов и при 70°С в течение 18 часов с последующей отмывкой непрореагировавших компонентов.

Градиентный гидрогелевый полимерный материал, полученный способом регулируемой диффузии компонентов из концентрированного раствора в разбавленный, включает акриламид, N,N'-метиленбисакриламид, персульфат аммония и регулятор вязкости при следующих соотношениях компонентов: 3,0-13,0 мас.% акриламида, 0,17-0,40 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,018 мас.% персульфата аммония и 0,37-1,5 мас.% глицерина или смеси глицерина и поливинилового спирта по 2,6-6,0 мас.% каждого в бидистиллированной воде. Образующиеся гидрогели имеют непрерывно изменяющийся в вертикальном или радиальном направлении модуль упругости в диапазоне от 10-20 до 500-600 Па.

Для получения градиентных гидрогелей используют мономеры - акриламид (мол. масса 71,08) и N,N'-метиленбисакриламид (мол. масса 154, 16) производства фирмы Sigma (США).

В качестве инициатора сополимеризации используют персульфат аммония 0,01-0,04 мас.% (мол. масса 228,19 производство фирмы Sigma (США).

В качестве регулятора вязкости используют глицерин 0,37-1,5 мас.% в общем объеме системы или эквимассовую смесь глицерина и поливинилового спирта по 2,9-6,67 мас.% каждого компонента в общем объеме системы. (ГОСТ поливинилового спирта ПВС - 66 N 10779-78, производства п/о "Азот").

Величина и направление градиента модуля упругости в образующихся гидрогелях полиакриламида зависят от соотношения концентраций мономеров в концентрированном и разбавленном растворах, а также зависят от скорости диффузии мономеров в вертикальном или радиальном направлении образца, определяемой концентрацией регулятора вязкости и температурой системы.

Таким образом, в отличие от приведенной выше композиции сополимеризации акриламида и N,N'-метиленбисакриламида (патент RU 2127095), использование добавок водных растворов глицерина или эквимассовой смеси глицерина и поливинилового спирта в качестве регулятора вязкости при полимеризации данных мономеров в водной среде в присутствии персульфата аммония позволяет получить градиентные гидрогели и полимерные материалы на их основе. Это дает возможность регулировать прочностные и физико-химические свойства материалов в вертикальном или радиальном направлении.

В таблице приведены конкретные примеры композиции и физико-механические свойства образующихся на ее основе гидрогелей полиакриламида.

1. Композиция для получения градиентного гидрогелевого полимерного материала на основе сополимеров акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, отличающаяся тем, что композиция представляет собой следующую систему: смесь разбавленного раствора, содержащего 2-3 мас.% акриламида, 0,1-0,2 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,01 мас.% персульфата аммония и регулятора вязкости глицерина в количестве 0,5-2,0 мас.% или смеси глицерина и поливинилового спирта, взятых в соотношении 1:1 по 3,5-8,0 мас.% каждого, в бидистиллированной воде и концентрированного раствора, содержащего 6-45 мас.% акриламида, 0,6-1,0 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,04 мас.% персульфата аммония в бидистиллированной воде, причем вышеуказанный разбавленный раствор составляет 75-80% от общей массы системы, а вышеуказанный концентрированный раствор составляет 20-25% от общей массы системы, при градиентном распределении компонентов в конечной системе.

2. Способ получения градиентного гидрогелевого полимерного материала на основе сополимеров акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, отличающийся тем, что в разбавленный раствор, содержащий 2-3 мас.% акриламида, 0,1-0,2 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,01 мас.% персульфата аммония и регулятор вязкости глицерин в количестве 0,5-2,0 мас.% или смесь глицерина и поливинилового спирта, взятых в соотношении 1:1, по 3,5-8,0 мас.% каждого, в бидистиллированной воде, помещенный в сосуд заданной формы, тонкой струей без перемешивания добавляют концентрированный раствор, содержащий 6-45 мас.% акриламида, 0,6-1,0 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, 0,04 мас.% персульфата аммония в бидистиллированной воде, причем вышеуказанный разбавленный раствор составляет 75-80% от общей массы системы, а вышеуказанный концентрированный раствор составляет 20-25% от общей массы системы, с последующим инкубированием системы при 40°С в течение 1-2 ч, а затем при 70°С в течение 2-6 ч и отмывкой непрореагировавших компонентов.

3. Градиентный гидрогелевый полимерный материал на основе сополимеров акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, получаемый способом по п.2 формулы изобретения.