Способ модификации ацетатов целлюлозы для получения пленок, мембран и биофильтров

 

Изобретение относится к пленочным материалам на основе уксуснокислых эфиров целлюлозы и может быть использовано в производстве пленок мембран и биофильтров медицинского назначения. Исходный ацетат целлюлозы обрабатывают парами смеси растворителей: вода и диметилсульфоксид или вода и диметилацетамид при соотношении 90 : 10 - 99 : 1 соответственно в закрытой системе при комнатной температуре до степени поглощения паров ацетатом целлюлозы не более 5 мас. %. Изобретение позволяет простым и экологически чистым способом получить пленки, мембраны и биофильтры, способные селективно очищать плазму крови больного от избыточного холестерина при сохранении других необходимых для жизни компонентов, например белков и электролитов. 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к области производства пленочных материалов на основе уксуснокислых эфиров целлюлозы - ацетатов целлюлозы, и может быть использовано преимущественно для производства пленок, мембран, биофильтров медицинского назначения.

Известно, что на основе ацетатов целлюлозы производят пленочные материалы широкого спектра действия: от обратного осмоса и до микрофильтрации [см. Кестинг Р.Е. Синтетические полимерные мембраны. М.: Химия, 1991], применяемые, в частности, в биологии и медицине для очистки крови или плазмы в массообменных аппаратах [см. Перепечкин Л.П. и др. Полые волокна медицинского назначения // Хим. волокна. 1999. N 6. С.З.]. Принцип действия таких разделительных систем в основе своем базируется на размере пор, а в отдельных случаях используется принцип зарядности.

Применение пленок, мембран, биофильтров из ацетатов целлюлозы в медицине основано на очистке крови или плазмы от присутствующих в них метаболитов и ксенобиотиков. При лечении таких заболеваний, как атеросклероз, гиперхолестеринемия, часто используют плазмообменную терапию (плазмаферез) для удаления из крови липидов, грубодисперсных белков и других патологических продуктов. При такой фильтрации, как правило, нет селективности: при выделении из плазмы избыточного холестерина (в концентрациях, способствующих развитию атеросклероза), отфильтровываются необходимые для жизни белковые субстанции и электролиты. Плазма возвращается пациенту только при гарантированном очищении от "патогенов".

Особенностью существующих в настоящее время мембран и биофильтров является то, что, задерживая холестерин, они, как правило, не способны пропускать белки. В ряде случаев при фильтрации плазмы происходит коагуляция белков, приводящая к закупорке пор мембраны, к снижению ее эксплуатационных характеристик и даже к полной непригодности [Chenoweth D.E. // Artif. Organs. 1984. N 8. P. 281.; Hamilton R.J., Adkinson N.F. // Artif. Organs. 1984. N 8. P. 311.]. Современная проблема заключается в разработке фильтрационных материалов, способных не только задерживать холестерин, но и пропускать все другие важные для жизни компоненты, в частности белки и электролиты. Эта проблема существует до сих пор, поскольку в настоящее время еще не разработаны такие материалы [см. Diederich F., Peterson В. "Cholesterine trap // Angew. chim. 1994. V.33. P. 1621].

Известны селективнопроницаемые ацетатцеллюлозные мембраны, получаемые высаживанием тонких слоев формовочных растворов, содержащих модифицированный растворитель, состоящий из смеси органических жидкостей: диметилсульфоксида, спирта, диола формулы HO(RO)_nH (где R - алкилен, n=1-16) и карбоновой кислоты [см. патент Японии N 56-67505 по кл. МПК B 01 D 13/04, В 01 D 13/00].

Полученные мембраны имеют высокую селективную проницаемость лишь при высоком давлении. Данные, касающиеся селективности пропускания холестерина или белков, не приведены. Кроме того, недостатком способа является сложный состав модифицированного растворителя; трудности в получении мембран; дополнительное высаживание формуемой пленки осадителем для повышения ее разделяющей способности и селективности.

Известен способ модифицирования мембран путем выдержки мембраны в смеси, содержащей органический растворитель и раствор солей четырехвалентного металла, с последующей обработкой щелочью [см. патент РФ N 1827865 по кл. МПК В 01 D 71/00, C 08 J 5/22].

Недостатком способа является большая продолжительность (более 24 часов); высокие температуры. Кроме того, не удается управлять процессами структурообразования в мембране при ее модифицировании. Применение таких мембран для разделения холестерина с белками в задаче не ставилось.

Известен способ получения высокомолекулярных полимеров, способных снижать уровень холестерина и липидов в плазме крови, включающий модификацию полисахаридной матрицы путем полимеризации, а именно реакцией полисахарида с никотиновой кислотой или ее реакционноспособным производным. Способ также предусматривает, в случае необходимости, дополнительную полимеризацию получаемого продукта [см. патент Франции N 2346016 по кл. МПК A 61 K 31/735, C 08 B 37/00].

Недостатком способа является проведение целенаправленного синтеза, его трудоемкость, многостадийность процесса, необходимость тщательной оценки структуры получаемого модифицированного продукта. Кроме того, полученный продукт не может селективно снижать уровень холестерина в сыворотке крови при сохранении белкового состава; идет снижение одновременно концентрации и холестерина и липидов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ модификации ацетатов целлюлозы для получения пленок, мембран и биофильтров, включающий модификацию исходного порошкообразного ацетата целлюлозы органическим растворителем (См. патент US N 3560232, МПК B 29 D 27/04).

Недостатком данного способа является то, что полученные пленки не предназначены для селективной очистки плазмы крови больного от избыточного холестерина.

Задача предлагаемого решения заключается в создании пленок, мембран, биофильтров на основе модифицированного ацетата целлюлозы, способных селективно очищать плазму крови больного от избыточного холестерина при сохранении других необходимых для жизни компонентов, например белков и электролитов при упрощении способа модифицирования.

Задача решается тем, что в способе модификации ацетатов целлюлозы для получения пленок, мембран и биофильтров, включающем модификацию исходного порошкообразного ацетата целлюлозы органическим растворителем, согласно предлагаемому решению исходный ацетат целлюлозы обрабатывают парами смеси растворителей: вода и диметилсульфоксид или вода и диметилацетамид при соотношении 90:10-99:1 соответственно в закрытой системе при комнатной температуре до степени поглощения паров ацетатом целлюлозы не более 5 мас.%.

Способ осуществляется путем обработки насыпного ацетата целлюлозы (АЦ) парами водно-органической смеси и проводится в герметически закрытом сосуде, заполненном наполовину смесью растворителей с водой разного состава, при комнатной температуре. Количество поглощенных полимером паров определяли весовым методом, фиксировали на торсионных весах WT (точность измерений составляла 0,0002 г). Из модифицированного парами полимера (с разной степенью поглощения паров сорбата) готовили растворы 3% концентрации в традиционном технологическом растворителе - ацетоне. Затем формовали пленки в стандартных условиях. Полученные пленки испытывали на фильтрующие свойства по отношению к холестерину, белкам и электролитам в клинических условиях.

Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1 - 5), примерами конкретного исполнения (примеры 1-6) и таблицей.

На фиг. 1 - 5 показано снижение холестерина (C_Хс) и белка (C_P1) в плазме крови больных при фильтрации плазмы через ДАЦ пленки, сформованные из образцов, модифицированных парами водно-органической смеси: воды и ДМСО состава 90: 10 (фиг. 1); воды и ДМСО состава 95:5 (фиг. 2); воды и ДМАА состава 95:5 (фиг. 3); воды и ДМСО состава 98:2 (фиг. 4); воды и ДМСО состава 99:1 (фиг. 5). Горизонтальная пунктирная линия показывает содержание холестерина или белка в плазме больного, вертикальная - границу эффективного влияния паров сорбата на разделительные свойства пленок.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1.

Пленки из контрольного образца АЦ при фильтрации плазмы крови задерживают и холестерин (однако в меньшем количестве по сравнению с пленками из модифицированного полимера, см. табл.), и белковые компоненты, и электролиты (см. все прилагаемые чертежи и таблицу).

Пример 2.

Пленки из модифицированного ацетата целлюлозы, поглотившего до 3 мас.% (по весу полимера - АЦ) паров смеси воды и ДМСО состава 90:10, задерживают на 20-25% холестерина больше по сравнению с контрольной пленкой (см. фиг. 1, кривая 1; табл. ). При этом в отфильтрованной плазме крови больного сохраняются белок и электролиты (фиг. 1, кривая 2; табл.).

Пример 3.

Пленки, полученные из АЦ, модифицированного парами смеси воды и ДМСО состава 95:5 и поглотившего до 2-3 мас.% паров, при неизменной концентрации белка в плазме отфильтровывают дополнительно 25-30% холестерина по сравнению с контролем (см. фиг. 2 и табл.).

Пример 4. Пленки из АЦ, модифицированного парами смеси воды и ДМАА состава 95:5 и поглотившего до 4-5 мас.% паров, задерживают холестерин в количестве 25-30% (см. фиг. 3 и табл.) при неизменном составе в плазме крови протеина.

Пример 5.

Пленки, полученные по вышеуказанному способу из полимера, поглотившего пары сорбата (воды и ДМСО) состава 98:2 в количестве до 1,5-2 мас.% от веса полимера, отфильтровывают до 30% холестерина (см. фиг. 4 и табл.).

Пример 6. Пленки, полученные по вышеуказанному способу из полимера, сорбировавшего пары водно-органической смеси (воды и ДМСО) состава 99:1 в количестве до 0,3 мас.% от веса полимера, отфильтровывают до 15% холестерина (см. фиг. 5, кривая 1; табл.). В отфильтрованной плазме крови сохраняется белок (фиг. 5, кривая 2; табл.). Эффективность задержания холестерина снижается (по сравнению с примерами 2-5).

Результаты экспериментов сведены в таблицу.

Положительные моменты предлагаемого изобретения: способ модификации 1. технологически прост, не требует сложного аппаратурного оформления и громоздких установок, которые необходимы при сложном синтезе подобного рода модифицированного полимера; 2. экологически чист, поскольку происходит в закрытой (замкнутой) системе и не имеет сточных вод; 3. дешев, поскольку использует почти чистую воду (~ 90 - 99%), и осуществим при стандартных условиях - нормальном давлении и комнатной температуре; 4. занимает, в отличие от направленного синтеза, мало времени (не более 3 часов); 5. статичен, так как не требует постоянного внешнего вмешательства в процесс сорбции паров растворителей полимером; 6. экономически выгоден, поскольку не требует дополнительных последующих доработок с модифицированным полимером - нет необходимости сушить, размельчать, доводить до каких-то других кандиций, поскольку для модификации используется порошкообразный полимер - ацетат целлюлозы, широко применяемый для получения ацетатных волокон, пленок и т.д.; 7. модификация полимера парами активных сред происходит на молекулярном уровне, затрагивающем стереохимическое строение ацетата целлюлозы таким образом, что избыточный оптически активный холестерин задерживается в необходимых (разумных) количествах, пропуская при этом важные для жизни протеины и электролиты. До сих пор эта проблема не находила своего решения, что видно из последних публикаций в "Новостях науки и техники" [см. Diederich F., Peterson В. Cholesterme trap // Angew. chim. 1994. V.33. P.1621]; 8. может быть применен для внедрения в клиническую медицинскую практику, поскольку отвечает задачам селективности удаления холестерина из плазмы больного, прогнозируемости (количество удаляемого холестерина можно заранее рассчитать) и предположительно обладает достаточной биосовместимостью, так как при использовании для фильтрации плазмы пленок из модифицированного АЦ исключается контакт поверхности полимерного материала с клетками крови.

Формула изобретения

Способ модификации ацетатов целлюлозы для получения пленок, мембран и биофильтров, включающий модикацию исходного порошкообразного ацетата целлюлозы органическим растворителем, отличающийся тем, что исходный ацетат целлюлозы обрабатывают парами смеси растворителей: вода и диметилсульфоксид или вода и диметилацетамид при соотношении 90 : 10 - 99 : 1 соответственно в закрытой системе при комнатной температуре до степени поглощения паров ацетатом целлюлозы не более 5 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6