Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace

1. Příprava mikrovláken pro medicínské aplikace Mgr. Jiří Běťák Contipro Biotech s.r.o.,Dolní Dobrouč

2. Vlákno (monofilament) Silně anizotropní struktura, kde jeden rozměr mnohokrát převyšuje rozměry ostatní (délka vlákna>>> průměr) Výrazně flexibilní struktura Jemnost vláken (délková hmotnost)

3. Zvlákňované polymery Značná převaha produkce syntetických vláken – dobře definovatelný materiál

4. Bourec morušový (Bombyx mori) Přírodní hedvábí Vlákno bílkovinné povahy (fibroin a sericin) Délka filamentu v kokonu 300-900m Video

5. Textilie v medicíně Topické krycí materiály Chirurgické šicí nitě Separační antiadhezní chirurgické textilie Textilní mechanické opory Textilní scaffoldy – šlachy, cévy, vazy, nervy, pokožka…

6. Proces tvorby vlákna

7. Vláknotvorné makromolekuly Základní parametry: Preference lineárních (nevětvených) makromolekul Vyšší polymerační stupně (molekulové hmotnosti) Preference nízkých polydisperzit (úzká distribuce MW)

8. Výchozí forma polymeru Pevná fáze ( prášek, granulát, štěpky )

9. „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

10. Soudržnost řetězců Polymer v suchém stavu (řetězce jsou v těsné blízkosti) Přitažlivé i odpudivé meziřetězcové síly

11. 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 Fluktuační povaha Síly jsou sice velmi slabé, nicméně jsou značně koncentrovány

12. Kohezní meziřetězcové síly Disperzní síly Polární síly Vodíkové můstky

13. Tavení polymerů Probíhá striktně v inertní atmosféře S rostoucí teplotou dochází ke zrychlování vibračního a rotačního pohybu jednotlivých polymerních segmentů (částí řetězců), což postupně vede k rozvolnění struktury. Nízké body tání mají čistě alifatické polymery (např. PE 130°C, PP 160°C), kde se neuplatňují vodíkové můstky, či polární síly.

14. Struktura vs Fyz. vlastnosti S rostoucím podílem hydrofobních alifatických řetězců v polymerní struktuře, klesá teplota tání, zároveň se snižuje afinita vlákna k vodě.

15. Teplota skelného přechodu 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. U syntetických vláken jsou preferovány polymery s Tg nad 50-80°C (jinak dochází k vytahávání textilu při praní).

16. Zvlákňování z taveniny Video Carbon-based conductive fibers production

17. Rozpouštění polymerů Penetrace molekul rozpouštědla mezi polymerní řetězce. Solvatace a vzájemná separace řetězců – snížení kohezních interakcí typu „Polymer-Polymer“.

18. Termodynamika mísení Rovnice nám říká, zda je vůbec termodynamicky přípustné aby se dvě složky (polymer a rozpouštědlo) mísily. Huigginsův interakční parametr Hansenovy parciální parametry (tabelované pro polymery i rozpouštědla)

19. Hansenův rozpustnostní prostor

20. Charakter polymeru (vliv délky alifatického řetězce)

21. Zvlákňování z roztoku 2) Zpracování vláken do implantovatelných textilií

22. Srážení vlákna Polymerní proud Vlákno vstupující do srážecího roztoku 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

23. Extruzní trysky

24. Dloužení vláken Postupné zvyšování natahovací síly vede k nárůstu orientace řetězců až ke vzniku „semikrystalických“ oblastí -fibrily. Míra orientovanosti vláken RTG metody a DSC

25. Dloužení vláken

26. Vlastnosti orientovaného vlákna

27. Mechanické vlastnosti Měření tahové odolnosti Stanovení pevnosti a tažnosti Elastický modul – tuhost vlákna Houževnatost vláken

28. Mechanické vlastnosti

29. Kevlarové vlákno Kevlar – extrémně orientované polyamidové vlákno (p-fenylendiamin a kyselina tereftalová)

30. Lycrové vlákno Extrémní natahovatelnost je dosažena těsným spojením dvou filamentů o rozdílné pružnosti – vznik „helikální“ makrostruktury se stálým předpětím.

31. Vlákno jako nosičová matrice 2 koncepty: Disperze aditiva Kovalentní vazba aditiva

32. Požadavky na vl. nosič Vlákno musí být dostatečně stabilní v rámci aplikačních podmínek. Biokompatibilita všech degradačních štěpů Dobrá afinita k dispergované látce Řízená degradace linkeru s rychlejší kinetikou než degradace matrice

33. Postprocesní implementace léčiva Analogie s barvením vláken pomocí disperzních, či reaktivních barviv (vznik kovalentnívazby mezi léčivem a vlákenným substrátem). Difuzně řízený děj, který je velmi silně závislý na chemické a strukturní povazevlákna. 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.

34. Povrchová stabilizace c =5E-2M c =1E-3M c =5E-3M c =5E-4M c =5E-5M c=5E-2M

35. Zpracování vláken Řezání filamentů – tvorba „staplů“ Sdružování vláken – „roving“ Tvorba netkaných textilií zpracováním staplů Skaní příze – „Zakrucování do multifilamentových nití“ Textilní techniky – tkaní, pletení

36. Skací zařízení (zakrucování)

37. Biodegradabilní síťoviny

38. DĚKUJI ZA POZORNOST www.contipro.com