Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения углеродной нити на основе вискозы для хирургического лечения глаукомы

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к хирургической офтальмологии - лечению глаукомы.

Одной из наиболее важных проблем в офтальмологии является лечение глаукомы, которая медикаментозно неизлечима. В настоящее время широко используется лазерное лечение, сутью которого является формирование в биологической ткани «канавки» для оттока жидкости со дна глазного яблока, которая закрывает глазной нерв. Лазерное лечение является наиболее щадящим в хирургии глаза, но, к сожалению, данный метод эффективен только кратковременно.

В мировой практике при лечении глаукомы используется хирургическое лечение с применением дренажных материалов. Дренажная хирургия в данном случае наиболее эффективна, но и используемые дренажные материалы не без недостатков. Новые возможности в достижении стойкого гипотензивного эффекта при антиглаукоматозных операциях открыло применение аппотрансплантатов, используемых в качестве дренажей (1, 2, 3, 4). Биологическая совместимость дренажных материалов рассматривается как отсутствие биохимических реакций при непосредственном и длительном контакте их с живыми тканями. С этой точки зрения, углеродные материалы удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к дренажным материалам, главными из которых являются отсутствие токсичности и канцерогенности.; отсутствие экстрагируемых продуктов.

Известен углеродный микродренаж (5) (патент на полезную модель РФ №81894) представляет собой нить длиной 25-30 мм, диаметром 100-150 мкм из углеродного волокна целлюлозы, предварительно термообработанного при 1000°С и активированного в потоке СО₂ при 900°С с расходом углекислого газа 20 л/час, перед непосредственным применением нить должна быть выдержана в течение 1 мин в 40% растворе глюкозы. К недостаткам можно отнести ломкость углеродного волокна, что затрудняет активное применение данного материала в качестве микродренажа.

Наиболее близким является способ получения углеродного волокнистого микродренажа для офтальмохирургических вмешательств (6) (Патент РФ №2562541), включающий термическую обработку нити на основе вискозы, активацию полученной углеродной нити в газовом потоке и пропитку ее в растворе глюкозы, отличающийся тем, что температура термической обработки нити составляет 1700°С, а активация проводится в потоке воздуха при температуре 600°С в течении 45 минут. При этом стерилизацию его проводят в герметично упакованном виде, стерилизуют гамма облучением дозой 25 Мрад.

В задачу настоящего изобретения входит разработка способа получения углеродного волокнистого материала на основе вискозы для хирургического лечения глаукомы, из которого изготавливают углеродный дренаж, характеризующийся биосовместимостью, долговечностью, с высокими функциональными характеристиками, обеспечивающими дренирование жидкости со дна глазного яблока при хирургическом лечении глаукомы.

Поставленная задача реализуется в способе получения углеродной нити на основе вискозы для хирургического лечения глаукомы, включающий термическую обработку нити на основе вискозы, активацию полученной углеродной нити в потоке СО₂ при 900°С в течении 45 минут с расходом газа 20 л/час, поверхностное аппретирование ее в 40% растворе глюкозы и стерилизацию гамма облучением 25 Мрад в упакованном в виде, отличающийся тем, что перед термической обработкой проводят отмывку вискозной нити в водном (15%) растворе гипосульфита натрия при температуре 110°С и сушку в вентилируемой сушильной камере, а термическую обработку проводят в два этапа: карбонизацию до температуры 400°С, высокотемпературную обработку проводят при непрерывном транспортировании через зону термического нагрева в инертной среде при температуре 1600°С.

В настоящее время производство углеродных волокнистых материалов, используемых в офтальмологии, осуществляется путем контролируемых процессов подготовки сырья - органических волокнистых материалов, их термообработки и активации. В качестве органических волокнистых материалов предпочтительнее всего использовать вискозу. Изделия из углеродных материалов на основе вискозы обладают наиболее продолжительной климатической устойчивостью, биосовместимостью, несмачивостью. Одной из актуальных проблем офтальмохирургии является рефлекторная глаукома, в том числе посттравмотическая. Для этого заболевания характерна повышенная активность ткани человека к рубцеванию, поэтому к углеродной нити, используемой в качестве дренажа, предъявляются повышенные требования, исключающие грубое рубцевание дренажной системы глазного яблока и формирование в ходе операции путей отхода жидкости из глаза. Особенности строения углеродной дренажной системы заключаются в том, что нить, углеродного волокнистого материала имеет капиллярное строение, то есть сама является дренажом, обладает свойствами позволяющими легко и свободно проходить оттоку жидкости из глазного яблока. Таким образом углеродные нити полученные при соответствующих технологических параметрах позволят получить медицинские дренажные изделия с набором заданных свойств. Технологическая цепочка операций процесса получения углеродных волокнистых материалов зависит от области их применения, конкретно от предъявляемых требований к физико-механическим характеристикам конечного продукта.

Проблемы изготовления углеродного волокнистого материала из вискозы вызваны особенностями ее химического строения, которые затрудняют ее технологически простое превращение в углеродный материал. Термохимическая трансформация вискозного волокнистого материала в углеродный происходит в результате многостадийного строго регламентированного процесса (6, 7) (Патенты РФ №2502836, 2520982). Кроме того, вискозные волокнистые материалы обладают гетерофазной структурой, то есть наличием в волокне кристаллических и аморфных областей. Структурная гетерофазность, как показывают результаты экспериментальных исследований, наиболее значимый негативный фактор процесса получения углеродных волокнистых материалов со стабильными свойствами. Структура вискозных волокнистых материалов очень вариативна и зависит от большого количества факторов многочисленных стадий процесса их получения.

При хранении на поверхности вискозных волокнистых материалов образуется плотный слой ороговения, который затрудняет дальнейшие процессы их переработки. Техническая целесообразность проведения первичной операции отмывки вискозного материала определяется тем обстоятельством, что вискозные волокнистые материалы в процессе получения обрабатывают различными веществами - модификаторами, которые вводят либо в осадительную ванну, либо в вискозный раствор, кроме того, на поверхность сформованных волокон наносят замасливатели и препараты как для улучшения их формуемости, так и для улучшения текстильной переработки в нити. Содержание указанных соединений не способствует улучшению переработки вискозных волокнистых материалов в углеродные. Первичной операцией является отмывка вискозной нити в течении 12 минут в (15%) водном растворе тиосульфата натрия при температуре 110°С и сушка в вентилируемой сушильной камере. Увеличение концентрации водного раствора тиосульфата натрия и температуры раствора, в котором отмывается вискозный материал, повышает интенсивность процесса отмывки, способствует предварительной релаксации волокнистого материала, создает предпосылки для применения данного сырья в качестве медицинского препарата. Численные значения параметров обработки в водном растворе тиосульфата натрия определены экспериментально.

Карбонизацию проводят до температуры 400°С в тепло- и газоизолированных одна от другой не менее, чем трех зонах нагрева, удаляя летучие продукты непосредственно из зон их образования; высокотемпературную обработку - графитацию, проводят при непрерывном транспортировании через зону термического нагрева в инертной среде при температурах 1600°С. В практике производства углеродного волокнистого материала параметры высокотемпературной обработки графитации колеблются от 1000°С до 3000°С в зависимости от области его применения. В предлагаемом техническом решении оптимальная температура получения углеродного волокнистого материала составляет 1600°С, эта величина температуры обеспечивает плотность, химическую чистоту, сорбционную емкость, прочность необходимые для получения дренажной системы используемой при хирургическом лечении глаукомы. Более высокие температуры конечной обработки волокнистого материала приводят к снижению сорбционной емкости и удельной поверхности материала; Плотность полученного углеродного волокнистого материала составляет 1,42 г/см³, содержание углерода не менее 99,93%.

Затем полученный углеродный волокнистый материал подвергается поверхностной активации в потоке СО² при 900°С с расходом углекислого газа 20 л/час, в течение 45 мин., за счет этого он увеличивает свою сорбционную емкость с 0,6 до 170 см³ /г; удельная поверхность возрастает с 0,7 до 700 м²/г; плотность увеличивается до 1,84 г/см³.

Углеродная нить на основе вискозы для хирургического лечения глаукомы является полифиламентной нитью 2440 текс, диаметр филаментов 7-9 мкм. Однако после проведения поверхностной активации замечается ее мелкодисперсная ворсистость, которая создает определенные неудобства при проведении хирургических операций. Для устранения этого недостатка она подвергается поверхностному аппретированию в 40% растворе глюкозы. Данный вид аппрета растворяется после операции в короткий срок.

После поверхностного аппретирования углеродную нить на основе вискозы для хирургического лечения глаукомы герметично упаковывают в полиэтиленовые пакеты и стерилизуют гамма облучением дозой 25 Мрад. Стерилизация позволяет достичь необходимую медицинскую чистоту предлагаемого объекта.

Предлагаемое техническое решение позволило достичь стойкого гипотензивного эффекта при антиглаукоматозных операциях, при применении аппотранплантатов, используемых в качестве дренажей.

Углеродная нить на основе вискозы для хирургического лечения глаукомы, полученная по предлагаемому способу, опробована при хирургическом лечении глаукомы в Московском научно-исследовательском институте глазных болезней им. Гельмгольца Федерального агенства по высокотехнологичной медицинской помощи, в рамках соглашения о сотрудничестве с АО «НИИграфит».

Источники информации

1. А.В. Степанов, П.И. Золкин, У.Ш. Гамзаева «Перспективы применения высокотехнологичного углеродного материала в качестве дренажа в хирургии глаукомы» РОЖ, 2017, том 10 №4 с. 63-67

2. В.В. Нероев, В.П. Быков, О.И. Кваша, Т.А. Белевцева «Хирургическое лечение глаукомы путем микродренирования. Обзор литературы» Клиническая офтальмология, 2009, том 10 №3, с. 113-116.

3. П.И. Золкин, В.С. Островский «Углеродные материалыв медицине» Металлургиздат, 2014, с. 143.

4. Горина В.А., Чеблакова Е.Г., Золкин П.И. «Влияние режимов термической обработки на удельную поверхность и пористую структуру углеродных волокон на основе вискозы» Известия ВУЗов, Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2012, №4, с. 62-65.

5. Патент РФ на полезную модель РФ №81894 МПК А61М 27/00, опуб. 10.04.2009 года Бюл. №24.

6. Патент РФ №2562541, МПК А61М 27/00, опуб. 10.09.2015 Бюл. №25.

7. Патент РФ на полезную модель №81894, МПК А61М 27/00, опуб. 10.04.2009 Бюл. №10.

8. Патент РФ №2502836, МПК D01F 9/16, опуб. 10.09.2013 Бюл. №25.

9. Патент РФ 2520982, МПК D01F 9/16, опуб. 27.06.2014 Бюл. №18.