Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace
description
Transcript of Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace
Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace
Mgr. Jiří BěťákContipro Biotech s.r.o.,
Dolní Dobrouč
Vlákno (monofilament)Silně anizotropní struktura, kde jeden rozměr mnohokrát převyšuje rozměry ostatní (délka vlákna >>> průměr)
Jemnost vláken (délková hmotnost)
Výrazně flexibilní struktura
Zvlákňované polymery
Značná převaha produkce syntetických vláken – dobře definovatelný materiál
Přírodní Syntetické
Celulóza (nativní, CMC) Polyalkany (PE, PP)
Chitosan/Chitin Polyestery (PET, PLA, PLGA)
Alginát Polyamidy (nylon, kevlar)
Kolagen Polysiloxany
Bourec morušový (Bombyx mori)
Délka filamentu v kokonu 300-900m
Video
Vlákno bílkovinné povahy (fibroin a sericin)
Přírodní hedvábí
Textilie v medicíně
Chirurgické šicí nitě
Separační antiadhezní chirurgické textilie
Textilní scaffoldy – šlachy, cévy, vazy, nervy, pokožka…
Textilní mechanické opory
Topické krycí materiály
Proces tvorby vlákna
Vláknotvorné makromolekuly
Preference lineárních (nevětvených) makromolekul
Vyšší polymerační stupně (molekulové hmotnosti)
Preference nízkých polydisperzit (úzká distribuce MW)
Základní parametry:
Výchozí forma polymeruPevná fáze ( prášek, granulát, štěpky )
„Likvidifikace“ polymerů Rozdělení polymerních materiálů podle způsobu převodu do
kapalné fáze
Tavení(PE, PP,
polyestery…)
Rozpouštění(Polysacharidy, PAN,
PVC…)
Vše závisí na chemické struktuře polymerního řetězce
Soudržnost řetězců
Polymer v suchém stavu (řetězce jsou v těsné
blízkosti)
Přitažlivé i odpudivé meziřetězcové síly
Kohezní meziřetězcové síly
Jejich úlohou je udržovat kondenzovaný stav polymeru.
Vazby nekovalentní povahy, disociační energie řádově slabší než vazebné interakce.
Působnost na velmi krátké vzdálenosti
Síly jsou sice velmi slabé, nicméně jsou značně koncentrovány
Fluktuační povaha
Vodíkové můstky
Polární síly
Kohezní meziřetězcové síly
Disperzní síly
Tavení polymerů
S rostoucí teplotou dochází ke zrychlování vibračního a rotačního pohybu jednotlivých polymerních segmentů (částí řetězců), což postupně vede k rozvolnění struktury.
Probíhá striktně v inertní atmosféře
Nízké body tání mají čistě alifatické polymery (např. PE 130°C, PP 160°C), kde se neuplatňují vodíkové můstky, či polární síly.
Struktura vs Fyz. vlastnosti
S rostoucím podílem hydrofobních alifatických řetězců v polymerní struktuře, klesá teplota tání, zároveň se snižuje afinita vlákna k vodě.
Teplota skelného přechodu
U syntetických vláken jsou preferovány polymery s Tg nad 50-80°C (jinak dochází k vytahávání textilu při praní).
Teplota, při které se začínají rozvolňovat jednotlivé segmenty polymerních řetězců.
Změna „skelného“ elastického chování polymeru v chování „kaučukovité“ – viskoelastické.
Definuje užitné vlastnosti a podmínky užívání daného polymerního výrobku.
Zvlákňování z taveniny
VideoCarbon-based conductive fibers
production
Rozpouštění polymerůPenetrace molekul rozpouštědla mezi polymerní řetězce.Solvatace a vzájemná separace řetězců – snížení kohezních interakcí typu „Polymer-Polymer“.
Termodynamika mísení
Rovnice nám říká, zda je vůbec termodynamicky přípustné aby se dvě složky (polymer a rozpouštědlo) mísily.
212211 lnln nnnRTGM
221
1
RT
VHuigginsův interakční parametr
2222hpd
Hansenovy parciální parametry (tabelované
pro polymery i rozpouštědla)
Hansenův rozpustnostní prostor
Charakter polymeru (vliv délky alifatického řetězce)
Zvlákňování z roztoku
2) Zpracování vláken do implantovatelných textilií
Srážení vlákna
Molekuly polymerního rozpouštědla začínají z vlákna difundovat do srážecí lázně, srážecí lázeň naopak prochází do vlákna. Srážecí roztok se chová jako nerozpouštědlo k polymeru, proto se polymer snaží minimalizovat společnou styčnou plochu. Dochází k preferenci interakce „Polymer-Polymer“.
Vlákno ve srážecí lázni
Polymerní proud
Vlákno vstupující do srážecího roztoku
Extruzní trysky
Dloužení vláken
Postupné zvyšování natahovací síly vede k nárůstu orientace řetězců až ke vzniku „semikrystalických“ oblastí -fibrily.
Míra orientovanosti vláken RTG metody a DSC
Dloužení vláken
Dloužicí poměr
Pevnost za sucha (p/den)
Tažnost za sucha (%)
Poločas barvení t1/2 (min)
nedloužené 1,8 >130 7
1:3 2,09 108,5 11
1:4 3,08 87 15
1:4,75 4,26 34 18
Vlastnosti orientovaného vlákna
Mechanické vlastnosti
Měření tahové odolnosti
Stanovení pevnosti a tažnosti
Elastický modul – tuhost vlákna
Houževnatost vláken
Mechanické vlastnosti
Kevlarové vlákno
Kevlar – extrémně orientované polyamidové vlákno
(p-fenylendiamin a kyselina tereftalová)
Lycrové vlákno
Extrémní natahovatelnost je dosažena těsným spojením dvou filamentů o rozdílné pružnosti – vznik „helikální“ makrostruktury se stálým předpětím.
Vlákno jako nosičová matrice
Disperze aditiva
Kovalentní vazba aditiva
2 koncepty:
Vlákno musí být dostatečně stabilní v rámci aplikačních podmínek.
Požadavky na vl. nosič
Biokompatibilita všech degradačních štěpů
Řízená degradace linkeru s rychlejší kinetikou než degradace matrice
Dobrá afinita k dispergované látce
Difuzně řízený děj, který je velmi silně závislý na chemické a strukturní povaze vlákna.
Analogie s barvením vláken pomocí disperzních, či reaktivních barviv (vznik kovalentní vazby mezi léčivem a vlákenným substrátem).
S rostoucí orientovaností makromolekulárních řetězců, tzn. s rostoucím dloužením, silně klesá schopnost vlákna být modifikováno (dopováno).
Difuze procesních činidel do vlákna je značně podpořena jeho bobtnacími schopnostmi.
Postprocesní implementace léčiva
0 2 3 4 5
Rozpuštěno
Kousky vlákna
Bobtná > 50%
Bobtná < 50%
Téměř nebobt
ná
c=5E-2M
c =5E-2M c =1E-3M c =5E-3M c =5E-4M c =5E-5M
Povrchová stabilizace
Zpracování vláken Řezání filamentů – tvorba „staplů“
Sdružování vláken – „roving“
Skaní příze – „Zakrucování do multifilamentových nití“
Textilní techniky – tkaní, pletení
Tvorba netkaných textilií zpracováním staplů
Skací zařízení (zakrucování)
Biodegradabilní síťoviny
www.contipro.com
DĚKUJI ZA POZORNOST