Способ получения перфторполимерсодержащего углеродного гемосорбента

 

Изобретение относится к способам модификации углеродных гемосорбентов, медицинской технике, а именно к модифицированным гемосорбентам для очистки крови. Получение гемосовместимого, не повреждающего форменные элементы крови, не дающего пылевых частиц во время гемосорбции и сохраняющего высокую удельную поверхность углеродного гемосорбента достигается тем, что согласно предложенному способу исходной углеродный гемосорбент подвергают термовакуумной обработке при 277 ± 0,5^oС, добавляют 10 - 30 мас.% тетрафторэтилена и при комнатной температуре до равномерной адсорбции проводят сорбцию тетрафторэтилена, замороживают до температуры жидкого азота со скоростью 4 - 6 град/мин, облучают источником гамма-излучения дозой 5 - 15 Мрад, размораживают до комнатной температуры, удаляют не прореагировавший мономер и дополнительно обрабатывают перфторолефином, выбранным из ряда CF₂ = CF - R, где R - перфторалкил, после прекращения падения давления избыток перфторолефина удаляют при температуре 127± 1^oС. На поверхности твердого пористого углеродного гемосорбента создается перфторполимерное покрытие, которое равномерно распределено по поверхности углеродного гемосорбента и химически с ней связано. Модифицированный перфторполимером углеродный гемосорбент, полученный по предлагаемому изобретению, может быть использован для гемосорбции, лимфосорбции, плазмосорбции и энтеросорбции, при этом модифицированные гемосорбенты не повреждают форменные элементы крови и не дают пылевых частиц. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу получения модифицированного гемосорбента для очистки крови.

Известен способ получения гемосорбента, включающий капсулирование углеродных сорбентов полимерами. Таким способом получен гемосорбент АСАС. Оболочка капсулы экранирует поверхность углеродного сорбента, исключая ее взаимодействие с форменными элементами крови.

Недостатками такого способа являются: - уменьшение эффективности извлечения токсичных соединений из крови в результате появления лимитирующей стадии диффузии через оболочку; - известный способ обеспечивает низкую адсорбционную емкость гемосорбента, обусловленную блокированием толстой (несколько микрометр) пленкой полимера входов вглубь пористой структуры с результирующим снижением проницаемости.

Известен способ химической модификации углеродных адсорбентов путем газофазного окисления. При этом на поверхности углеродного адсорбента образуются протоногенные группы.

Этот способ повышает гидрофильность поверхности углеродных адсорбентов и приводит к существенному снижению объема микропор. Однако гемосовместимость углеродного сорбента не улучшается, пылеобразование не устраняется.

Известен способ улучшения совместимости углеродного сорбента с кровью путем создания на поверхности сорбента покрытия из нитроцеллюлозы с введением альбумина и гепарина.

Недостатками известного способа являются: - существенное ухудшение динамики сорбции; - резкое уменьшение поглощения так называемых "средних молекул", токсичных агентов с молекулярной массой в интервале 200-10000, которые ответственны за интоксикацию организма при целом ряде патологий.

Известен способ получения биосовместимого сорбента созданием полимерного покрытия из полиамида на поверхности активированного угля.

Известный способ не обеспечивает улучшения биосовместимости извлечения низкомолекулярных веществ. Значительно снижается скорость детоксикации.

Известен способ получения твердого сорбента (АС СССР N 750370, Мкл. G 01 N. 31/08, опубл. БИ 27, 1980 г.), состоящий из твердого пористого носителя перфторполимерного покрытия. Сорбент получают путем обработки исходного сорбента парами димера гексафторпропилена в высокочастотном тлеющем разряде в виброкипящем состоянии с предварительной активацией поверхности сорбента в тлеющем разряде.

Способ позволяет получить твердый сорбент с низкой адсорбционной активностью за счет нанесения на его поверхность пленки полигексафторпропилена толщиной от 2000 до 5000 нм, экранирующей адсорбционные центры носителя и препятствующей необратимой адсорбции на них полярных молекул.

Однако сорбент характеризуется низкой адсорбционной емкостью, обусловленной блокированием толстой (2000-5000) пленкой полимера входов вглубь пористой структуры с результирующим снижением проницаемости и резким снижением сорбции низко и среднемолекулярных соединений.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ получения, включающий вакуумирование минерального сорбента, после чего добавляют фтормономер (тетрафторэтилен) из расчета 10-40 г на 100 г сорбента, полученную систему выдерживают, затем охлаждают реакционную массу помещением ее в жидкие азот, потом активируют модифицированный минеральный сорбент гамма-облучением и нагревают, помещая систему в сухой лед (Брук М.А. и другие "Исследование радиационной полимеризации тетрафторэтилена, адсорбированного на некоторых высокопористых сорбентах". Высокомолекулярные соединения, серия А 1975 г., T. 17, N 1, стр. 3-12.).

Способ позволяет получить материал с повышенной хемостойкостью.

Получаемый по этому способу перфторполимерсодержащий минеральный сорбент невозможно использовать в качестве гемосорбента для очистки крови. Получаемый сорбционный материал обладает высокой необратимой сорбцией биополимеров, которая обусловлена неполным экранированием поверхностных силанольных групп исходного кремнеземного сорбента. Поверхностные силанольные группы повреждают форменные элементы крови и поэтому описанный способ не обеспечивает синтеза гемосовместимых сорбентов. Полученный сорбционный материал характеризуется низкой адсорбционной емкостью, что обусловлено частичной закупоркой пор кремнезема вследствие неравномерности пропитки исходного материала в процессе предварительной адсорбции тетрафторэтилена.

Целью настоящего изобретения является обеспечение гемосовместимости, отсутствие повреждающего действия форменных элементов крови углеродным гемосорбентом, сохранение исходной пористой структуры и высокой удельной поверхности углеродного сорбента (практически неизменным), исключение образования пылевых частиц и обеспечение хорошей гемодинамики и кинетики детоксикации.

Поставленная цель достигается заявляемым способом получения перфторполимерсодержащего углеродного гемосорбента, включающим вакуумирование углеродного сорбента до остаточного давления 10^-3 тор при температуре 277±0,5^oC, с последующим охлаждением его до комнатной температуры, предварительную адсорбцию тетрафторэтилена (ТФЭ) на поверхность углеродного сорбента при комнатной температуре, и выдерживанием в течение 5-8 часов при этой температуре замораживания этой реакционной массы, охлаждением до -196^oC (температура жидкого азота) со скоростью 4-6 град/мин, активацию источником гамма- излучения, дозой 5- 15 Мрад, образование полимерного покрытия при размораживании реакционной массы, удаление не прореагировавшего мономера и дополнительной обработки газообразным перфторолефином, выбранным из ряда CF₂=CF-R (где R- перфторалкил), в течение 3-5 ч до прекращения падения давления, удалению избытка перфторолефина при температуре 127±1^oC.

Создание на поверхности углеродного сорбента перфторполимерного покрытия, придающего поверхности углеродного сорбента гемосовместимость, физико-химическую стабильность дает возможность углеродному сорбенту обеспечить хорошую гемодинамику и кинетику детоксикации, исключить образование пылевых частиц, сохранить высокую адсорбционную емкость и проницаемость.

Можно сформулировать основные требования, которым должен удовлетворять такой гемосорбент.

1. Поверхность углеродного сорбента должна быть настолько плотно покрыта привитым полимером, чтобы взаимное расположение и конформация цепей привитых макромолекул полимера препятствовали непосредственному контакту поверхности углеродного сорбента с форменными элементами крови.

2. Условия прививки полимера не должны приводить к сильным изменениям пористой структуры исходных углеродных сорбентов.

3. Полимерное покрытие должно быть равномерным, несмываемым, механически и химически стабильным.

4. Гемосорбент должен обеспечить хорошую гемодинамику и не изменять проницаемости во время гемосорбции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Углеродный сорбент в выбранном количестве помещают в стеклянную ампулу, присоединяют к вакуумной установке. Ампулу нагревают в песочной бане до температуры 550±10 К при одновременном вакуумировании до остаточного давления 10^-3 тор, охлаждают до комнатной температуры и заполняют ТФЭ из расчета 10-30 г на 100 г углеродного сорбента. Систему выдерживают при комнатной температуре до равномерной адсорбции ТФЭ примерно 5-8 ч и охлаждают до температуры жидкого азота со скоростью 4-6 град/мин. При этой температуре облучают гамма-источником дозой 5-15 Мрад и размораживают, присоединив к вакуумной установке, до комнатной температуры. Облучение источником гамма-излучения необходимо для равномерного образования на всей поверхности углеродного сорбента активных центров, которые обеспечивают проведение прививочной полимеризации мономера. Облучение системы при температуре жидкого азота необходимо для того, чтобы избежать образования гомополимера. За ходом прививочной полимеризации следят манометрически по падению давления ТФЭ. Избыточное количество мономера удаляют любым известным способом. Ампулу откачивают до остаточного давления 10^-3 тop и дополнительно обрабатывают перфторолефином, выбранным из ряда CF₂ = CF-R, где R - перфторалкил, после выдержки 3-5 ч избыток перфторолефина удаляют при температуре 400±10 К.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными способами показывает, что заявляемый способ отличается от известных новой совокупностью признаков. Наличие отличий позволяет заключить, что заявляемый способ соответствует критерию "Новизна".

Использование этой совокупности признаков приводит к получению углеродных гемосорбентов, отличающихся тем, что нанесение перфторполимерного покрытия придает поверхности углеродного сорбента гемосовместимость, физико-химическую стабильность. Это позволяет получить углеродный гемосорбент, не повреждающий форменные элементы крови, обеспечивающий хорошую гемодинамику и кинетику детоксикации, исключить образование пылевых частиц, сохранить высокую адсорбционную емкость и проницаемость и, следовательно, достичь цели изобретения.

При реализации указанного способа получения гемосовместимых углеродных сорбентов на их поверхности образуется тонкое, равномерное перфторполимерное покрытие, макромолекулы которого прочно удерживаются на поверхности углеродного сорбента за счет химических связей. Вакуумирование сходного углеродного сорбента при 550±10 К необходимо для того, чтобы удалить с поверхности различные адсорбированные вещества. Выдерживание системы углеродный сорбент + тетрафторэтилен при комнатной температуре 5-8 ч приводит к равномерному адсорбционному распределению молекул мономера на поверхности сорбента. Количество тетрафторэтилена менее 10 г на 100 г сорбента недостаточно для придания гемосовместимости и для предотвращения образования пылевых частиц. Количество ТФЭ выше 30 г на 100 г углеродного сорбента приводит к постепенному уменьшению диаметра пор углеродного сорбента. Процесс замораживания строго контролируется и проводится со скоростью в интервале 4-6 град/мин. При скорости замораживания более 6 град/мин, вероятнее всего, происходит неравномерное охлаждение всей массы сорбента, что приводит к десорбции мономера из более нагретых частей сорбента. В результате полимерное покрытие будет неравномерным по толщине. Снижение скорости охлаждения ниже 4 град/мин не приводит к изменению свойств получаемого углеродного гемосорбента. Облучения системы проводят на гамма-источнике дозой 5-15 Мрад. Доза облучения менее 5 Мрад не обеспечивает необходимого для достижения положительного результата количества активных центров полимеризации на поверхности углеродного сорбента. Доза облучения выше 15 Мрад практически не приводит к заметному изменению свойств углеродного сорбента. Обработка другим перфторолефином является необходимой при реализации способа, так как автором было найдено, что отсутствие такой обработки не позволяет достичь цели изобретения. Время обработки перфторолефином менее 3 ч недостаточно для достижения цели изобретения, а более 5 ч - практически не влияет на качество гемосорбента. Удаление перфторолефина при температуре 400±10 K необходимо для полного удаления избытка перфторолефина, при нагревании ниже 400±10 K время полного удаления перфторолефина увеличивается, нагревание выше 400±10 K не сильно уменьшает время удаления перфторолефина.

Равномерность распределения полимерного покрытия по предлагаемому способу обеспечивается тем, что гамма-облучение позволяет образовывать активные центры полимеризации равномерно по всей поверхности и внутри пор, и поэтому фторопластовое покрытие распределено не только по геометрической поверхности сорбента, а по всей поверхности пор в объеме сорбента, доступной для проникновения газообразного ТФЭ. Полимерное покрытие равномерно наносится на уровне монослоя, сохраняя высокую удельную поверхность исходного сорбента. Равномерность распределения полимерного покрытия на поверхности гемосорбента определялась по данным ртутной порометрии, определяя распределение объема пор по их эффективным радиусам исходного сорбента и модифицированного сорбента. Порограммы исходного и модифицированного сорбентов практически совпадают. На чертеже представлены интегральные порограммы исходного углеродного гемосорбента КАУ кривая 1 и модифицированного перфторполимером гемосорбента КАУ кривая 2. Как видно из порограмм, после проведения модификации перфторполимером углеродного гемосорбента эффективный диаметр пор равномерно и незначительно (1-3 мм) уменьшается, что наглядно доказывает покрытие слоем полимера помимо поверхности частиц и поверхности пор.

В соответствии с предлагаемым решением объектами в качестве углеродного сорбента в данном способе получения перфторполимерсодержащего углеродного гемосорбента могут являться все известные углеродные сорбенты, используемые для очистки крови, плазмы или лимфы.

Сущность данного изобретения характеризуется следующими примерами: Пример 1. 100 г косточкового активированного угля (КАУ) помещают в стеклянную ампулу, присоединяют к вакуумной установке. Ампулу откачивают при нагревании ее в песочной бане до 550 К при одновременном вакуумировании до остаточного давления 10 тор, после чего охлаждают до комнатной температуры и добавляют 20 г ТФЭ. Систему выдерживают при комнатной температуре 6 часов, охлаждают до температуры жидкого азота со скоростью 5 град/мин и облучают источником гамма-облучения дозой 10 Мрад ампулу присоединяют к вакуумной установке и размораживают до комнатной температуры, следя за ходом прививочной полимеризации с помощью ртутного манометра, и после выработки мономера ампулу вакуумируют до постоянного давления 10 тор. Добавляют газообразный гексафторпропилен (ГФП) (P=200 тор), и выдерживают 4 ч. Избыток ГФП вымораживают в резервную емкость при нагревании ампулы до 400К. После этого ампулу охлаждают и отсоединяют от установки.

Пример 2. Получение углеродного гемосорбента ведут, как в примере 1, но добавляют 10 г ТФЭ, облучают гамма-источником дозой 5 Мрад, а после удаления непрореагировавшего мономера в систему добавляют пары димера гексафторпропилена (ДГФП).

Пример 3. Получение углеродного гемосорбента ведут, как в примере 1, но процесс замораживания осуществляют со скоростью 4 град/мин, облучают источником гамма-облучения дозой 15 Мрад.

Пример 4. Получение углеродного гемосорбента ведут как в примере 1, но в качестве исходного углеродного сорбента берут углеродный сорбент марки ИГИ, добавляют 30 г ТФЭ.

Пример 5. Получение углеродного гемосорбента ведут как в примере 1, но в качестве исходного углеродного сорбента используют сорбент ФАС.

Пример 6. Получение углеродного гемосорбента ведут как в примере 4, добавляют 15 г ТФЭ, процесс замораживания осуществляют со скоростью 6 град/мин, после удаления непрореагировавшего мономера добавляют пары ДГФП.

Пример 7. Получение углеродного гемосорбента ведут как в примере 5, но добавляют 30 г ТФЭ, после удаления не прореагировавшего мономера добавляют пары ДГФП.

Углеродные гемосорбенты, полученные по примерам 1-7, были использованы для сорбционной очистки крови.

Пример 8. Для гемосорбции использована беспородная собака 35 кг весом. Стандартная колонка для гемосорбции объемом 300 мл была снаряжена перфторполимерсодержащим КАУ в количестве 94 г. Скорость прохождения крови 80 мл/мин. Длительность процесса 90 мин. Общая гепаринизация 330 единиц гепарина на 1 кг веса животного. В ходе гемосорбции существенного повышения давления в системе не отмечалось. Спекания сорбента не наблюдалось. Количество эритроцитов и гемоглобина в начале и конце гемосорбции изменялось незначительно. Гемолиза не было. Гематокрит оставался неизменным.

Формула изобретения

Способ получения перфторполимерсодержащего углеродного гемосорбента, включающий вакуумирование углеродного сорбента, адсорбцию фторсодержащего соединения, выдержку полученной системы, охлаждение реакционной массы, облучение при температуре жидкого азота гаммаоблучением, отличающийся тем, что вакуумирование осуществляют при остаточном давлении 10^-3 тор и температуре 277 ± 0,5^oC, с последующим охлаждением его до комнатной температуры, после чего добавляют тетрафторэтилен из расчета 10 - 30 г на 100 г углеродного сорбента, затем систему выдерживают в течение 5 - 8 ч при комнатной температуре, охлаждают до -196^oC (температура жидкого азота) со скоростью 4 - 6 град/мин, затем облучают источником гамма-излучения вакуум 10^-3 тор, удаляют перфторолефин из ряда CF2 = CF-R (где R - перфторалкил), в течение 3 - 5 ч до прекращения падения давления, после чего удаляют избыток перфторолефина при температуре 127 ± 1^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1