Бактерицидное медицинское покрытие
Владельцы патента RU 2385167:
Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (RU)
Изобретение относится к области биологии и медицины и может использоваться для создания пластырей, повязок, протезов и имплантатов. Медицинское покрытие состоит из слоя монокристаллического углерода, содержащего цепочки атомов углерода и серебра. Медицинское покрытие нанесено на основу (подложку) и обладает этактичной гомеотропной структурой. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Изобретение относится к области биологии и медицины и может использоваться для создания пластырей, повязок, протезов и имплантатов.
Предшествующий уровень техники
Получение материалов с новыми свойствами для медицинских целей является одной из наиболее актуальных задач в современной науке. Известен пластырь (заявка РФ №2000111948), содержащий опорный слой, нанесенные на него препарат с действующим веществом и защитный слой, отличающийся тем, что опорный слой выполнен из полимерного материала с покрытием, исключающим проникновение летучих соединений из пластырной массы в окружающую среду при апплицировании на кожу, пластырная масса представляет собой полимерный слой.
Известен также способ лечения ожоговых ран с помощью пленочного перевязочного материала (заявка РФ №96116806), содержащего смесь лекарственных препаратов, при котором ожоговые раны предварительно припудривают порошком биопрепарата на основе водорастворимого кератина, а лечение проводят до полного некролизиса ожоговых ран с помощью пленочного перевязочного материала, содержащего ряды отверстий, образующих прямоугольники сплошной поверхности с размерами сторон 100 и 200 мм, при этом отверстия выполнены прямоугольными с размерами сторон 1 и 3-5 мм на расстоянии 1 мм.
Известен перевязочный материал (патент РФ №2101033) с пролонгированным лечебным действием, содержащий кругловязаное трикотажное текстильное полотно из хлопчатобумажного волокна с нанесенным с обеих сторон биосовместимым биодеградируемым полимером и лекарственным средством. Известна гемостатическая повязка (патент РФ №2200583), содержащая гемостатический слой из текстильного материала и атравматический слой. Известна также повязка для лечения ожогов (заявка на изобретение РФ №2004122457), содержащая обращенный к ране атравматический лечебный слой, состоящий из текстильного носителя с лекарственными средствами, и сорбционный слой.
Углеродные покрытия относятся к покрытиям, имеющим высокую биологическую совместимость и тромборезистентность (Diamond and Related Materials, v.4 (1995), p.1142-44). Так, известен способ производства полимерных протезов с биологически совместимым углеродным покрытием (патент США №533845). Углеродное покрытие наносится на основу посредством распыления катода при давлении при напряжении 2000-3200 В. Однородное биологически совместимое покрытие углерода формируется на поверхности основы с плотностью покрытия 2.1 г/см3.
Известен также способ производства полимерных протезов с биологически совместимым биологическим покрытием (патент США №5084151). Покрытие образуется при давлении 10-10 mbar. Луч плазмы направлен к катоду углерода. Распыляемые атомы углерода попадают на подложку, нагретую до температуры 250 градусов Цельсия. Покрытие имеет турбостратную структуру. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является материал тетракарбон с поликристаллической структурой, обладающий высокой биосовместимостью и состоящий из структурно-упорядоченного, нормально ориентированного к поверхности основы полимера (патент США №6555224). Недостатками известных покрытий являются низкие бактерицидные свойства, высокая свертываемость крови, вследствие чего образуются тромбы или коллагеновые рубцы.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является увеличение бактерицидных свойств, ускорение заживления ожоговых и донорских ран путем формирования оптимальных условий для внутриклеточного обмена продуктами роста, сокращение времени их лечения, исключение (снижение) возможности образования коллагеновых рубцов, а также уменьшение риска образования тромбов, отторжения имплантата, развития воспаления.
Указанная цель достигается тем, что в медицинском покрытии, состоящем из структурно-упорядоченного, нормально ориентированного к поверхности основы полимера, покрытие выполнено из монокристаллического углерода, причем монокристаллический углерод легирован атомами серебра (размеры которых равны 1,444·10-8 см) при следующем соотношении ингредиентов: серебро от 0,1 до 1%, углерод от 99 до 99,9%. Такая комбинация из структурно-упорядоченного, нормально ориентированного к поверхности основы полимера (монокристаллического углерода) и атомов легированного серебра и позволяет достичь кумулятивного эффекта, не равного простому суммированию свойств известных технических решений.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-2 показана атомная структура материала, на фиг.3-5 изображены возможные схемы выполнения монокристаллического покрытия на разных основах.
Бактерицидное медицинское покрытие 1 состоит из слоя монокристаллического углерода (фиг.2), содержащего цепочки атомов углерода 2 и серебра 3.
Бактерицидное медицинское покрытие 1 нанесено на основу (подложку) 4 (фиг.3) и обладает этактичной гомеотропной структурой.
Бактерицидное медицинское покрытие 1 может быть нанесено на основу 4 как сплошным слоем, так и частично. Основа 4 может быть выполнена сплошной или с отверстиями, например сетчатой (не показана). Основа 4 может быть выполнена также в виде повязки.
Бактерицидное медицинское покрытие 1 нанесено на основу 4 (фиг.4), скрепленную с защитным слоем пластыря 5 с нанесенными на него клеевыми слоями 6.
Бактерицидное медицинское покрытие 1 нанесено на основу 7 (фиг.5), выполненную в виде протеза сосуда.
Варианты осуществления изобретения
Изобретение осуществляют следующим образом.
ПРИМЕР 1. Перевязочный материал, такой как бактерицидный (бинт, пластырь и др.), размещают в вакуумной камере, где находятся высокотемпературные источники, предназначенные для испарения углерода и серебра вместе с ионными источниками инертных газов, после чего в вакуумной камере создают определенный вакуум. При достижении необходимого вакуума проводят предварительное очищение поверхности перевязочных материалов ионным пучком аргона. После очистки поверхности основы перевязочного материала 3 (фиг.3) методом импульсной конденсации углеродной плазмы наносят покрытие монокристаллического углерода толщиной 0.6-0.8 микрон. Одновременно с процессом осаждения монокристаллического углерода запускают второй высокотемпературный источник в импульсном режиме и проводят легирование углеродного покрытия атомами серебра, размеры которых составляют 1,444·10-8 см, от 0,1 до 1%. Управление процессом легирования углеродного покрытия атомами серебра осуществляют по времени. Толщину получаемого бактерицидного покрытия регулируют также временем нанесения. Контроль толщины получаемого таким образом бактерицидного покрытия осуществляют с помощью атомного силового микроскопа (фиг.6).
ПРИМЕР 2. Имплантат или протезируемый материал для нанесения бактерицидного покрытия размещают в вакуумной камере, где находятся высокотемпературные источники, предназначенные для испарения углерода и серебра вместе с ионными источниками инертных газов, после чего в вакуумной камере создают определенный вакуум. При достижении необходимого вакуума проводят предварительное очищение поверхности имплантата или протезируемого материала ионным пучком аргона. После очистки поверхности основы протезируемого материала 3 (фиг.3) методом импульсной конденсации углеродной плазмы наносят покрытие монокристаллического углерода толщиной 0.6-0.8 микрон. Одновременно с процессом осаждения монокристаллического углерода запускают второй высокотемпературный источник в импульсном режиме и проводят легирование углеродного покрытия атомами серебра, размеры которых равны 1,444·10-8 см, от 0,1 до 1%. Управление процессом легирования углеродного покрытия атомами серебра осуществляют по времени. Толщину получаемого бактерицидного покрытия регулируют также временем нанесения. Контроль толщины получаемого таким образом бактерицидного покрытия осуществляют с помощью атомного силового микроскопа (фиг.6).
Варианты использования изобретения для лечения
Пластырь (фиг.4) скрепляют при помощи клеевых слоев 6 с поверхностью кожного покрова, причем медицинское покрытие 1, выполненное из монокристаллического углерода, соприкасается с кожной (ожоговой) раной (не показана). При этом коллагеновые белковые молекулы структурно упорядочиваются на поверхности монокристаллического углерода за счет его решетчатого специфического строения. Далее коллаген, находясь в благоприятных условиях для внутриклеточного обмена, благодаря этактичной структуре монокристаллического углерода ассоциируется в фибриллы. В свою очередь фибриллы образуют супрамолекулярные ансамбли, играющие in vivo роль внеклеточного матрикса, выполняющего не только функции несущих конструкций, но и определенную роль в передаче информации клеткам, регулируя их адгезию, миграцию и др., а также специфические взаимодействия с белками, нуклеиновыми кислотами и неорганическими ионами. При такой ассоциации белков возрастает скорость сращивания тканей с протезными материалами или тканей друг с другом на поврежденных участках и, соответственно, процесс заживления ран.
Биомедицинские эксперименты с использованием покрытий на основе монокристаллического углерода показали полное отсутствие денатурирования белков на его поверхности, а также, что исследуемое покрытие имеет оптимальную тромборезистентность, обладает большой биоинертностью и биосовместимостью в сравнении с такими материалами, как стекло, алмаз, тетракарбон и др., характеризуется длительной работоспособностью в условиях биологической среды, имеет высокую пористость, усталостную прочность и необычно низкий потенциал свертывания крови (прекрасную совместимость с кровью).
Исследования показали, что скорость заживления ран с применением перевязочных материалов с бактерицидным покрытием происходит в течение 5-6 дней, что в 3-4 раза быстрее, чем без него, в том числе происходит стремительное сокращение сроков реабилитации послеоперационных больных.
Исследования также показали, что с применением перевязочных материалов с бактерицидным покрытием происходит сокращение размеров (ширины) рубцов с обычных 5 мм до 0.07 мм. А в некоторых случаях у больных рубцевание полностью отсутствовало.
Таким образом, исследования показали, что монокристаллический углерод, легированный серебром, как медицинское покрытие можно широко использовать как при производстве различного рода перевязочных материалов (пластыри, пленки, бинты и др.), так и при производстве различных протезов (межпозвонковых дисков, сердечных клапанов, внутрикостных штифтов и др.). Предлагаемое бактерицидное медицинское покрытие - монокристаллический углерод, легированный серебром, обладает отсутствием нежелательных реакций тканей организма на имплантаты и продукты их износа, а следовательно, уникальной биосовместимостью и оптимальной (наилучшей) среди сравниваемых материалов (стекло, тефлон, аморфный углерод, тетракарбон) степенью тромборезистентности. Монокристаллическое бактерицидное покрытие, легированное серебром, является прекрасным ориентантом для различных молекул белков. Такое уникальное свойство покрытия положительно влияет на ускоренное сращивание тканей организма и заживление ран путем формирования оптимальных условий для внутриклеточного обмена продуктами роста.
Исследования показали, что, используя легирование монокристаллического углерода серебром, можно регулировать адсорбцию и структурную упорядоченность белков на его поверхности и управлять как ориентацией, так и процессами смачивания.
Промышленная применимость
При анализе изобретения на соответствие критерию «новизна» выявлено, что часть признаков заявленной совокупности является новой, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».
При анализе изобретения на соответствие критерию «изобретательский уровень» выявлено, что техническое решение анализируемого объекта ново, следовательно, признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», поскольку оно представляет собой новую совокупность признаков, такую как сочетание известных признаков и нового технического свойства, а также представляет собой новую структуру и связи элементов. Кроме того, посредством предлагаемого материала достигнут результат, удовлетворяющий давно существующим потребностям, - увеличение бактерицидных свойств, ускорение заживления ожоговых и донорских ран путем формирования оптимальных условий для внутриклеточного обмена продуктами роста, сокращение времени их лечения и т.п.
Изобретение может использоваться в промышленности, может быть тиражировано и, следовательно, соответствует критерию «промышленная применимость».
1. Бактерицидное медицинское покрытие, состоящее из структурно-упорядоченного нормально ориентированного к поверхности основы полимера, отличающееся тем, что покрытие выполнено из монокристаллического углерода, легированного атомами серебра.
2. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что монокристаллический углерод легирован серебром при следующем соотношении ингредиентов: серебро от 0,1 до 1%, углерод от 99 до 99,9%.
3. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что покрытие выполнено с возможностью регулирования адсорбции и структурной упорядоченности белков на его поверхности
4. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что монокристаллический углерод нанесен частично или полностью на поверхность протезов сосудов кровеносной системы.
5. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что покрытие нанесено на основу пластыря, содержащего также защитный слой и поверхности с нанесенным на них клеем.
6. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что покрытие нанесено на основу, выполненную в виде сетки.
7. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что покрытие нанесено на основу, выполненную в виде повязки.
8. Бактерицидное медицинское покрытие по п.1, отличающееся тем, что покрытие нанесено на основу, содержащую ряды отверстий.
