příprava mikrovláken pro medicínské aplikace
DESCRIPTION
Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace. Mgr. Jiří Běťák Contipro Biotech s.r.o., Dolní Dobrouč. Vlákno (monofilament). Silně anizotropní struktura, kde jeden rozměr mnohokrát převyšuje rozměry ostatní ( délka vlákna >>> pr ůměr ). Výrazně flexibilní struktura. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/1.jpg)
Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace
Mgr. Jiří BěťákContipro Biotech s.r.o.,
Dolní Dobrouč
![Page 2: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/2.jpg)
Vlákno (monofilament)Silně anizotropní struktura, kde jeden rozměr mnohokrát převyšuje rozměry ostatní (délka vlákna >>> průměr)
Jemnost vláken (délková hmotnost)
Výrazně flexibilní struktura
![Page 3: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/4.jpg)
Bourec morušový (Bombyx mori)
Délka filamentu v kokonu 300-900m
Video
Vlákno bílkovinné povahy (fibroin a sericin)
Přírodní hedvábí
![Page 5: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/5.jpg)
Textilie v medicíně
Chirurgické šicí nitě
Separační antiadhezní chirurgické textilie
Textilní scaffoldy – šlachy, cévy, vazy, nervy, pokožka…
Textilní mechanické opory
Topické krycí materiály
![Page 6: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/6.jpg)
Proces tvorby vlákna
![Page 7: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/7.jpg)
Vláknotvorné makromolekuly
Preference lineárních (nevětvených) makromolekul
Vyšší polymerační stupně (molekulové hmotnosti)
Preference nízkých polydisperzit (úzká distribuce MW)
Základní parametry:
![Page 8: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/8.jpg)
Výchozí forma polymeruPevná fáze ( prášek, granulát, štěpky )
![Page 9: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/9.jpg)
„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
![Page 10: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/10.jpg)
Soudržnost řetězců
Polymer v suchém stavu (řetězce jsou v těsné
blízkosti)
Přitažlivé i odpudivé meziřetězcové síly
![Page 11: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/12.jpg)
Vodíkové můstky
Polární síly
Kohezní meziřetězcové síly
Disperzní síly
![Page 13: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/13.jpg)
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.
![Page 14: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/14.jpg)
Struktura vs Fyz. vlastnosti
S rostoucím podílem hydrofobních alifatických řetězců v polymerní struktuře, klesá teplota tání, zároveň se snižuje afinita vlákna k vodě.
![Page 15: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/15.jpg)
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.
![Page 16: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/16.jpg)
Zvlákňování z taveniny
VideoCarbon-based conductive fibers
production
![Page 17: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/17.jpg)
Rozpouštění polymerůPenetrace molekul rozpouštědla mezi polymerní řetězce.Solvatace a vzájemná separace řetězců – snížení kohezních interakcí typu „Polymer-Polymer“.
![Page 18: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/18.jpg)
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)
![Page 19: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/19.jpg)
Hansenův rozpustnostní prostor
![Page 20: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/20.jpg)
Charakter polymeru (vliv délky alifatického řetězce)
![Page 21: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/21.jpg)
Zvlákňování z roztoku
2) Zpracování vláken do implantovatelných textilií
![Page 22: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/23.jpg)
Extruzní trysky
![Page 24: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/24.jpg)
Dloužení vláken
Postupné zvyšování natahovací síly vede k nárůstu orientace řetězců až ke vzniku „semikrystalických“ oblastí -fibrily.
Míra orientovanosti vláken RTG metody a DSC
![Page 25: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/25.jpg)
Dloužení vláken
![Page 26: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/27.jpg)
Mechanické vlastnosti
Měření tahové odolnosti
Stanovení pevnosti a tažnosti
Elastický modul – tuhost vlákna
Houževnatost vláken
![Page 28: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/28.jpg)
Mechanické vlastnosti
![Page 29: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/29.jpg)
Kevlarové vlákno
Kevlar – extrémně orientované polyamidové vlákno
(p-fenylendiamin a kyselina tereftalová)
![Page 30: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/30.jpg)
Lycrové vlákno
Extrémní natahovatelnost je dosažena těsným spojením dvou filamentů o rozdílné pružnosti – vznik „helikální“ makrostruktury se stálým předpětím.
![Page 31: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/31.jpg)
Vlákno jako nosičová matrice
Disperze aditiva
Kovalentní vazba aditiva
2 koncepty:
![Page 32: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/32.jpg)
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
![Page 33: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/33.jpg)
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
![Page 34: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/34.jpg)
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
![Page 35: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/35.jpg)
Zpracování vláken Řezání filamentů – tvorba „staplů“
Sdružování vláken – „roving“
Skaní příze – „Zakrucování do multifilamentových nití“
Textilní techniky – tkaní, pletení
Tvorba netkaných textilií zpracováním staplů
![Page 36: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/36.jpg)
Skací zařízení (zakrucování)
![Page 37: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/37.jpg)
Biodegradabilní síťoviny
![Page 38: Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062314/56813a14550346895da1ee57/html5/thumbnails/38.jpg)
www.contipro.com
DĚKUJI ZA POZORNOST