Биологически совместимый материал для протезов и способ его получения

 

Использование: в медицине и медицинской промышленности, а именно, при получении материалов для изготовления протезов различных органов. Сущность изобретения: сшитый, нерастворимый поли-(2-гидроксиметилакрилат), получают путем полимеризации 2-гидроксиэтилметакрилата в присутствии катализатора - перхлората пента (диметилсульфоксид) ванадила в количестве 0,004 - 0,1 мас.% от реакционной массы. 2 с. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к медицине и медицинской промышленности, а именно к области получения материалов для изготовления протезов различных органов.

Известен полимерный водонабухающий материал поли(2-гидроксиэтилметакрилат) различной модификации и способ его получения, представляющий собой реакцию полимеризации 2-гидроксиэтилметакрилата в водной среде в присутствии сшивающего агента диметакрилат этиленгликоля и инициатора полимеризации перекисной природы, в частности персульфата аммония. Получаемый при этом полимерный материал обладает низкой механической прочностью и пористой структурой с величиной пор от 200 до 20 .

Известен способ получения растворимого поли(2-гидроксиэтилметакрилата) с использованием в качестве инициатора смеси трис-ацетилацетоната марганца (III) c уксусной кислотой. Процесс полимеризации в известных способах характеризуется не полной конверсией, что увеличивает время очистки реакционной массы от мономера и низкомолекулярных продуктов (около 20 дней).

Поставленной задачей настоящего изобретения является получение нерастворимого полимерного материала повышенной прочности с пониженным содержанием пор размером от 10 до 20 .

Поставленная задача достигается использованием в качестве катализатора полимеризации перхлората пента (диметилсульфоксид) ванадила VO(DMSO)₅(ClO₄)₂ в реакции полимеризации 2-гидроксиэтилметакрилата. Используемый катализатор перхлорат пента(диметилсульфоксид)ванадила обладает способностью образовывать с молекулярным кислородом комплекс, активный в полимеризации 2-гидроксиэтилметакрилата даже в инертной атмосфере. Этот катализатор активен в среде мономера и в воде, позволяет проводить полимеризацию 2-гидроксиэтилметакрилата в отсутствии сшивающего агента диметакрилата этиленгликоля. Ванадиевый комплекс, являясь катализатором радикальной полимертизации 2-гидроксиметакрилата (в присутствии кислорода воздуха), также вызывает сшивку макромолекул по ионному механизму с участием карбонильных и гидроксильных групп. Перхлорат пента(диметилсульфоксид) ванадила используют в качестве катализатора в предлагаемом способе получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) при следующем соотношении компонентов реакции полимеризации, мас.

2-гидроксиэтилметак- рилат 24,4-99,95 Перхлорат пента (диметилсульфоксид) ванадила 0,004-0,1 Вода Остальное Получаемый полимер поли(2-гидроксиэтилметакрилат) имеет следующий химический состав, мас. Углерод 55,89 Водород 7,50 Кислород 36,47 Структура одного звена макромолекулы выглядит следующим образом: По данным ЯМР¹³ С для твердой фазы полимер характеризуется небольшим числом сшивок 2-5% от общего числа звеньев. Сшивки имеют следующую структуру: Наличие сшивок не позволяет говорить о молекулярно-массовом распределении для данного полимера, т.к. он является сетчатым.

В синтезированном полимере имеется около 1% боковых групп строения:

Обрыв цепи в процессе полимеризации может происходить как с участием катализатора, так и при участии молекулы мономера; в результате образуются следующие концевые группы:

П р и м е р 1. Процесс получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) проводят по следующей рецептуре, г
2-гидроксиэтилметакрилат 10,0
Перхлорат пента(диме-
тилсульфоксид)ванадила 0,005
В колбу загружают 2-гидроксиэтилметакрилат и добавляют расчетное количество катализатора. Реакционную смесь интенсивно перемешивают в течение 5 мин до полного растворения катализатора и далее переносят в негерметизированную форму. Процесс полимеризации проводят в атмосфере кислорода воздуха при температуре 22^оС в течение 15 ч. Выход полимера 9,95 г (99,5%). Полимер оптически прозрачен в спектральном диапазоне 800-400 нм и имеет коэффициент преломления 1,65525, набухает в воде (предельное водопоглощение 45%), но не растворяется.

П р и м е р 2. Процесс получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) проводят по следующей рецептуре, г: 2-гидроксиэтилметакрилат 10,0
Перхлорат пента(ди- метилсульфоксид)ванадила 0,005
В колбу загружают 2-гидроксиэтилметакрилат и добавляют расчетное количество катализатора. Реакционную смесь интенсивно перемешивают в течение 5 мин до полного растворения катализатора и далее инкубируют в течение 25 мин на воздухе при t 22^оС. После этого реакционную массу переносят в полиэтиленовый шприц. Полимеризацию проводят под постоянным давлением 10 кГ/см² в течение 10 ч без контакта с атмосферным воздухом при t 22^оС. Образуется поли(2-гидроксиэтилметакрилат) с характеристиками, соответствующими примеру 1, выход полимера 99,6%
П р и м е р 3. Процесс получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) проводят по следующей рецептуре, г: 2-гидроксиэтилметакрилат 7,0
0,06%-ный (мас) раствор
перхлората пента(диме-
тилсульфоксид)ванади- ла в воде 3,0
В колбу помещают 2-гидроксиэтилметакрилат. В другой колбе готовят 0,06% -ный раствор перхлората пента(диметилсульфоксид)ванадила в воде. После этого расчетное количество раствора катализатора переносят в первую колбу и смесь перемешивают в течение 1 мин. Полимеризацию проводят в присутствии кислорода воздуха при t 22^оС в течение 17 ч. Выход полимера составляет 98,28% Образовавшийся поли(2-гидроксиэтилметакрилат) представляет собой прозрачный эластичный полимер с коэффициентом преломления 1,6001.

П р и м е р 4. Процесс получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) проводят по следующей рецептуре, г: 2-гидроксиэтилметакрилат 7,0
0,06%-ный (мас.) раствор
перхлората пента(диме-
тилсульфоксид)ванади- ла в воде 3,0
В колбу помещают 2-гидроксиэтилметакрилат. В другой колбе готовят 0,06% -ный раствор перхлората пента(диметилсульфоксид)ванадила в воде. После этого расчетное количество раствора катализатора переносят в первую колбу и смесь интенсивно перемешивают в течение 5 мин, после чего раствор переносят в форму, продувают инертным газом (10 мин) и герметизируют. Процесс полимеризации проводят в течение 17 ч в инертной атмосфере. Оптические свойства идентичны примеру 3 при большей эластичности образца. Выход полимера составляет 99,94%
П р и м е р 5. Процесс получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) проводят по следующей рецептуре, г: 2-гидроксиэтилметакрилат 2,25
0,06%-ный (мас.) раствор пер-
хлората пента(диметил- сульфоксид)ванадила в воде 0,005 Вода 7,55
В колбу при перемешивании загружают 2-гидроксиэтилметакрилат и воду. В другой колбе готовят 1% (мас.) раствор перхлората пента(диметилсульфоксид)ванадила в воде. После полного перемешивания компонентов в первой колбе к раствору добавляют расчетное количество 1%-ного раствора перхлората пента(диметилсульфоксид)ванадила. Процесс полимеризации проводят в синтетических условиях в присутствии кислорода воздуха при t 70^оС. Через 30 мин в сосуде образуется твердый пористый однородный образец поли(2-гидроксиэтилметакрилата). Выход полимера составил 99,2% Полимерный материал белого цвета, непрозрачный, прочный, эластичный.

Данные полученные в примерах 3, 4, 5 приведены в таблице.

П р и м е р 6. Процесс получения поли(2-гидроксиэтилметакрилата) проводят по следующей рецептуре, г: 2-гидоксиэтилметакрилат 2,265 Диметакрилат этиленгликоля 0,025
1%-ный раствор перхлора-
та пента(диметилсульфок- сид)ванадила в воде 0,45 Вода 7,60
В колбу помещают 2-гидроксиэтилметакрилат и воду затем вводят диметилакрилат этиленгликоля. В другой колбе готовят 1%-ный раствор перхлората пента(диметилсульфоксид)ванадила в воде. После этого расчетное количество катализатора переносят в первую колбу и смесь перемешивают в течение 1 мин. Полимеризацию проводят в присутствии кислорода воздуха при t22^оС в течение 17 ч. Получен полимер белого цвета, непрозрачный, прочный, эластичный.

В предлагаемом способе за счет повышения выхода полимера и специфической структуры образовавшейся макромолекулы время десорбции мономера и низкомолекулярных продуктов сокращается до 10 сут. Использование в качестве инициатора перхлората пента(диметилсульфоксид)ванадила позволяет получить полимерный материал с уменьшением на 80% числа пор с размерами от 10 до 20 по сравнению с известным поли(2-гидроксиэтилметакрилатом). Получаемый полимер имеет повышенный предел прочности (деформация материала на 50% при действии сжимающей силы, равной 20 кГ/см²).

Для определения биосовместимости предлагаемого полимера были синтезированы образцы по рецептуре примеров 5 и 6 в пробирках диаметром 6 мм и высотой 4-5 мм.

После удаления низкомолекулярных веществ путем инкубирования при 70^оС в течение 7 сут и их стерилизации кипячением в дистиллированной воде в течение 45 мин образцы были имплантированы подкожно в спины крысам. Реакцию окружающей ткани изучали гистологическими методами на 3, 7, 12 и 21 день после имплантации. Только на 3-ий день реакция ткани была аналогична реакции на операцию контрольной крысе с разрезом кожи, но без полимера. В остальных опытах реакция ткани была нейтральной, что свидетельствует о положительном тесте на общую биосовместимость.

Формула изобретения

1. Поли(2-гидроксиэтилметакрилат), нерастворимый, формулы

имеющий в структуре макромолекулы сшивки

в количестве 2 - 5% от общего числа звеньев, получен в присутствии катализатора перхлорат пента(диметилсульфоксид)ванадила, в качестве биологически совместимого материала для протезов.

2. Способ получения биосовместимого материала для протезов путем полимеризации 2-гидроксиэтилметакрилата в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют перхлорат пента(диметилсульфоксид)ванадила в количестве 0,004 - 0,1 мас.% от реакционной массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1