CC BY
92
УДК 616-001-089.43:549.212-022.532
П.С. Постников К.В. Кутонова В.И. Мазин 2, А.В. Штейнле 3
СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА РАНЕВОЙ ПОВЯЗКИ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ГРАФИТА
1 Томский политехнический университет (Томск)
2 Некоммерческое партнерство по научной и инновационной деятельности «Томский атомный центр»
(Томск)
3 Томский военно-медицинский институт МО РФ (Томск)
Коллективом авторов проведён сравнительный анализ сорбционных свойств адсорбирующей раневой повязки на основе наноструктурированного графита.
Ключевые слова: раневая повязка, перевязочный материал, адсорбция, наноструктурированный графит
SORPTION PROPERTIES OF NANOSTRUCTURED GRAPHITE-BASED WOUND DRESSING
P.S. Postnikov K.V. Kutonova V.I. Mazin 2, A.V. Shteinle 3
1 Tomsk Polytechnical University, Tomsk
2 Tomsk Military Medical Institute MD RF, Tomsk
3 Tomsk Atomic Centre, Tomsk
The authors carried out comparative analysis of sorption properties of adsorbing nanostructural graphite-based wound dressing.
Key words: wound dressing, bandaging material, adsorption, nanostructural graphite
Наноструктурированный графит (НСГ) — это пухообразный углеродный материал низкой плотности (0,5 — 1,8 кг/м3) черного цвета, образующийся при термическом разложении интеркалированных соединений фторированного графита (ИСФГ) [4]. Материал представлен графитовыми частицами в виде нитей длиной от 2 — 7 до 10 — 12 мм и шириной от 0,1 до 0,4 мм. Толщина графеновых стопок в частицах составляет 6 — 8 нм, что соответствует 15 — 25 графеновым слоям при размере пор от нанометра до 10 мкм. Межплоскостное расстояние между графеновыми листами в стопках увеличено до 0,345 — 0,349 нм против 0,336 нм природного графита. По сути НСГ представляет собой стерильную графеновую вату и является продуктом, химически безопасным для человека.
Площадь удельной поверхностив образцов НСГ превышает 500 — 600 м2/г, а адсорбционная способность по отношению к органическим жидкостям достигает 8000 — 26000 %.
Экспериментальное применение в исследованиях раневой адсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита показало её высокую эффективность. Материал прочно фиксирует в межслоевых порах поглощенное раневое отделяемое. Исключается десорбция экссудата, ухудшаются условия вегетирования микрофлоры, а воздухо- и паропроницаемость сорбционного слоя поддерживают сбалансированный воздухообмен и уровень влажности раневой среды.
В хирургии повреждений предпочтительно использование ИСФГ интеркалированных фторидами йода. Образующиеся при термическом разложении ИСФГ пары элементного йода, обла-
дающего дезинфицирующим действием, частично адсорбируются поверхностью НСГ.
Широкое применение сорбционно-активных перевязочных материалов для лечения гнойных ран привело к возникновению целого направления — сорбционно-аппликационной терапии [2, 3,
6, 7, 8, 9, 10, 12]. Следует отметить, что приводимые в медицинской литературе численные значения величины сорбционной способности перевязочных материалов, как правило, завышены и в большей степени соответствуют поглотительной способности, которая характеризует механическое заполнение капиллярно-пористой структуры материала сорбатом [5]. Традиционный метод определения адсорбционной способности перевязочных материалов основан на взвешивании материалов после выдерживания в жидкости, однако он позволяет определить только механическое заполнение системы капилляров и пор исследуемого материала жидкостью и ее компонентами. Определяемый при этом показатель в сущности является не адсорбционной, а поглотительной способностью. При таком поглощении раневого отделяемого не исключена возможность десорбции, что будет благоприятствовать размножению микроорганизмов в ране и развитию токсико-резорбтивной лихорадки [1]. Истинная адсорбция означает фиксацию молекул раневого экссудата и его компонентов при образовании химических и физических связей с активными функциональными группами макромолекул или поверхностью перевязочного материала. Данная величина есть адсорбционная способность перевязочного материала. В результате прочного связывания компонентов раневого экссудата
структурой перевязочного материала ухудшаются условия вегетирования микрофлоры в ране, что оказывает благоприятное воздействие на раневую регенерацию [1, 5].
Цель исследования: сравнительное изучение поглотительной и адсорбционной способностей, удельной площади поверхности раневой адсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита по отношению к другим перевязочным средствам.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для сравнительного изучения поглотительной, адсорбционной способностей и удельной поверхности нашего материала и других перевязочных средств использовали материалы, принадлежащие к различным химическим группам: марля медицинская, Melolin (UK), Topper (USA), Comprigel (Germany), Medicomp extra (Germany), материалы естественного происхождения на основе морских водорослей — Альгипор (Россия), коллагена — Комбутек (Россия), искусственного происхождения — Sys-pur derm (Germany), Steripore (Germany), Tender wet (Germany), Duoderm (USA), Ypsisan (Germany), Mediset (Germany), ALU-TEX (Germany), ЕТЕ (Belgium), Standard (Denmark), углеродные материалы — Ваулен (Беларусь) и АУТ-М (Украина). Особенностью исследования нашего материала являлось то, что масса повязки составляла 0,812 ± 0,007 г, масса упаковки — 0,777 ± 0,002 г, масса нанографита в повязке —
0,036± 0,016 г.
Для раздельного определения поглотительной и адсорбционной способностей образцы испытуемых материалов массой от 0,1 до 0,9 г помещали при комнатной температуре (17 — 20 °С) на 1 час в объем цельной крови при массовом соотношении 1 : 100. Через 10 секунд после извлечения для стекания жидкости образцы вновь взвешивали на аналитических весах Shinko Denshi HTR-120CE (e = 0,001 g; d = 0,0001 g). Затем обрабатывали на ультрацентрифуге Sigma 2-16P с ротором 12139 в течение 45 минут на скорости 6000 об./мин. Определяли привес образцов по разнице масс до и после выдержки в крови и после центрифугирования [5].
Измерение удельной площади поверхности перевязочных материалов производили на приборе NOVA 2200 (Quantachrome Corp., USA). В качестве газа-адсорбента использовался азот. Определение удельной площади поверхности по методу БЭТ включало две стадии — оценку по изотерме адсорбции емкости монослоя и расчет удельной поверхности с использованием молекулярной площади газа [3]. Полученные данные подвергались обработке статистическими методами.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение поглотительной и адсорбционной способностей образцов показало, что все исследуемые материалы независимо от химической природы составляющих их высокомолекулярных
соединений имели в основном высокие показатели поглотительной способности. В среднем этот показатель составлял 1000 — 1500 %. Повязка на основе наноструктурированного графита среди всех исследуемых материалов показала минимальную поглотительную способность — 469 ± 5,2 %. Поглотительные способности перевязочного средства Urgosorb (Франция) и раневого покрытия Комбутек (Россия) превышали указанное значение — 2763,0 ± 11,9 и 3995,0 ± 39,5 % соответственно. Это объясняется тем, что данный показатель обусловлен наличием в материале пор, капилляров, его развитой поверхностью и в меньшей степени химической природой и количеством функциональных групп.
С другой стороны, адсорбционная способность изученных препаратов существенно различалась. Так, марля медицинская, перевязочные материалы на основе целлюлозы — Melolin (Великобритания), Topper (США), Comprigel (Германия), Medicomp extra (Германия), материалы на основе синтетических полимеров — Sys-pur derm (Германия), Steripore (Германия), Tender wet (Германия), Duoderm (США), а также на основе углеродных материалов — Ваулен (Беларусь) и АУТ-М (Украина), — обладали близкой и сравнительно невысокой адсорбционной способностью (50 — 80 %). У препаратов МКЦ (монокарбоксил-целлюлозы) адсорбционная способность быстро возрастала с 100 до 580 % по мере увеличения содержания карбоксильных групп (-СООН) с 7,2 до 21,6 %. Возрастание адсорбционной способности у препаратов МКЦ обусловлено тем, что данный процесс связан с аморфизацией кристаллической структуры целлюлозы и быстрым возрастанием сорбционных центров в структуре полимера. Кроме того, возникающие вместо гидроксильных карбоксильные группы более активны в процессе сорбции молекул жидкости и компонентов биологических сред. Значительную роль в этом процессе играют белковые компоненты, всегда имеющиеся в биологических жидкостях (кровь, гной и др.), которые поглощаются структурно-аморфизированными препаратами МКЦ с возникновением межмолекулярных связей физической и химической природы с участием амин-ных, амидных, карбоксильных и гидроксильных групп. Следует отметить, что раневое покрытие на основе коллагена — Комбутек (Россия), имея высокие значения поглотительной способности, одновременно обладало значительной адсорбционной способностью, достигавшей 301,6 %, что обусловлено высоким содержанием активных функциональных групп. У повязки на основе нанографита адсорбционная способность составила 343,2 %. Максимум адсорбционной спосбности (1177,6 %) был выявлен у перевязочного средства Urgosorb (Франция).
Изучение удельной поверхности перевязочных материалов показало значительные колебания данного показателя у раневых покрытий, принадлежащих к различным химическим
группам. Так, минимальное значение удельной поверхности (5 м2/г) установлено у раневого покрытия Комбутек (Россия), а максимальное (25 м2/г) — у хирургической ваты. Причем у целлюлозных материалов данный показатель составлял 8 — 25 м2/г, у материалов естественного происхождения — 5 — 21 м2/г, у искусственных полимеров — 7 — 20 м2/г. Удельная площадь поверхности наносруктурированного графита составила 500 — 600 м2. Обращает на себя внимание высокое значение удельной поверхности углеродного перевязочного материала АУТ-М (Украина), которое достигало 761 м2/г. Результаты исследования удельной поверхности перевязочных материалов свидетельствуют о том, что величина данного показателя оказывает большее влияние на поглотительную способность материала, тогда как наличие функциональных групп больше влияет на адсорбционную способность и показатели избирательной сорбции материалов. Наличие высокой удельной поверхности у углеродного материала АУТ-М и относительно невысокое значение поглотительной способности не противоречит данному выводу и зависит, вероятно, от большей гидрофобности данного материала, по сравнению с перевязочными материалами, принадлежащими к другим химическим группам.
Таким образом, большинство изученных перевязочных материалов и средств, принадлежащих к различным химическим группам, при хороших показателях поглотительной способности обладают сравнительно невысокой адсорбционной способностью, за исключением препаратов МКЦ, адсорбирующих повязок УРГОСОРБ и повязок на основе нанографита. При этом наибольшей удельной поверхностью обладают углеродные материалы. Препараты МКЦ и повязки на основе нанографита перспективны для применения в качестве перевязочного материала для лечения ран с обильной экссудацией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абаев Ю.К. Хирургическая повязка. — Мн. : Беларусь, 2005. — 150 с.
2. Бледнов А.В. Перспективные направления в разработке новых перевязочных средств // Новости хирургии. — 2006. — Т. 14, № 1. — С. 9 — 19.
3. Ефименко Н.А., Нуждин О.И. Применение сорбционных материалов в лечении гнойных ран // Воен.-мед. журн. — 1998. — Т. 319, № 7. — С. 28-32.
4. Макотченко В.Г., Назаров А.С., Фёдоров В.Е., Кузнецов Ф.А. и др. Нанографит в инженерной экологии и хирургии повреждений // Фторидные технологии : тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф. -Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2009. — С. 57.
5. Мишарев О.С., Абаев Ю.К., Капуцкий В.Е. Препараты монокарбоксилцеллюлозы в гнойной хирургии // Хирургия. — 1988. — № 4. — С. 50 — 53.
6. Назаренко Г.И., Сугурова И.Ю. Рана. Повязка. Больной: Современные медицинские технологии. — М. : Медицина, 2002. — 472 с.
7. Aindow D., Butcher M. Films or fabrics: is it time to re-appraise postoperative dressings? // Br. J. Nurs. — 2005. — Vol. 14, N 19. — P. 15—16.
8. Bishop S.M., Walker M., Rogers A.A., Chen W. Y. Importance of moisture balance at the wound-dressing interface // J. Wound Care. — 2003. — Vol. 12, N 4. — P. 125—128.
9. Carter K. Hydropolymer dressings in the management of wound exudate // Br. J. Com. Nurs. — 2003. — Vol. 8, N 9, Suppl. — P. 10—16.
10. Martineau L., Shek P.N. Evaluation of a bilayer wound dressing for burn care I. Cooling and wound healing properties // Burns. — 2006. — Vol. 32, N 1. — P. 70 — 76.
11. Martineau L., Shek P.N. Evaluation of a bi-layer wound dressing for burn care. II. In vitro and in vivo bactericidal properties // Burns. — 2006. — Vol. 32, N 2. — P. 172—179.
Сведения об авторах
Постников Павел Сергеевич - аспирант кафедры органической химии и технологии органического синтеза ГОУ ВПО НИ ТПУ (634053, г. Томск, ул. Вершинина, 46, к. 526; тел.: 8 (3822) 56-36-37; e-mail: [email protected]).
Кутонова Ксения Валентиновна - студентка 3 курса химико-технологического факультета ГОУ ВПО НИ ТПУ (634053, г. Томск, ул. Вершинина, д. 46, к. 314; тел. 8 (3822) 56-36-37; e-mail: [email protected]).
Мазин Владимир Ильич - к.т.н., сотрудник Томского атомного центра (634041, г Томск, ул. Вершинина, 24в; тел.: 8 (3822) 43-52-19; e-mail: [email protected]).
Штейнле Александр Владимирович - к.м.н., доцент, полковник медицинской службы, старший преподаватель кафедры военно-полевой хирургии Томского военно-медицинского института (634040, г. Томск, ул. Бела Куна, д. 8, кв. 70; тел.: 8 (913) 880-32-47; e-mail: [email protected]).
