автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Технология электроформования волокнистых материалов на основе хитозана

На правах рукописи

005002584

7; ,¿7

ДМИТРИЕВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА

(05.17.06 - технология и переработка полимеров и композитов)

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011

005002584

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» на кафедре математической теории упругости и биомеханики

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Коссович Леонид Юрьевич

Официальные оппоненты:

' доктор технических наук, профессор

Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич

доктор химических наук, профессор Кузнецов Александр Алексеевич

Ведущая организация - ФГУП «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я.Карпова»

So

Защита состоится ноября 2011 г. в /5~ часов на заседании

Диссертационного Совета Д 212.120.07 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова» по адресу: Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу: 119571, Москва, проспект Вернадского, д.86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова» по адресу: Москва, проспект Вернадского, д.86.

Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им. М.В. Ломоносова: http://www.rnitht.ru

Автореферат разослан «_» октября 2011 г.

Ученый секретарь Шевелев В.В.

Диссертационного совета Д 212.120.07, доктор физико-математических наук, профессор

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Нетканые волокнистые материалы, получаемые методом электроформования из растворов полимеров, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Материалы из волокон субмикронного диаметра используются для высокоэффективной фильтрации высокодисперсных аэрозолей в системах очистки газовоздушных выбросов и средствах защиты органов дыхания, аналитических фильтрах для контроля уровня загрязненности воздуха. Полученные методом электроформования слои из нановолокон включаются в композиционные текстильные материалы нового поколения для обеспечения регулируемой водо- и паропроницаемости, антимикробных и антивирусных барьерных свойств. Производство нетканых волокнистых материалов из биосовместимых и биодеградируемых полимеров открывает широкие перспективы для их использования в медицинских приложениях при создании перевязочных средств, заменителей тканей, систем контролируемой доставки лекарственных средств и др.

Одной из актуальных задач современной медицины является лечение обширных ожоговых поверхностей различного генеза, длительно незаживающих ран и трофических язв. К используемым перевязочным средствам предъявляются высокие требования по физико-химическим свойствам, таким как создание оптимальной микросреды для заживления ран, способность предотвращать проникновение микроорганизмов, воздухопроницаемость, эластичность, отсутствие токсического действия, удобство стерилизации и использования и др. Существующие перевязочные средства «раневые покрытия» не удовлетворяют в полной мере всем перечисленным требованиям. Эффективным способом решения данной задачи является применение в качестве полифункциональных «раневых покрытий» нановолокнистых материалов из хитозана, полученных методом электроформования. Хитозан обладает ранозаживляющим действием и бактерицидной активностью, нетоксичен, биосовместим, биодеградируем, а также является промышленно выпускаемым полимером [I, 2]. Недостатком существующих технологий электроформования волокон из хитозана является использование высокотоксичных растворителей и большого количества технологических добавок, что существенно ухудшает биосовместимость готового материала.

На основании вышеизложенного, решение комплексной задачи, включающей в себя разработку формовочного раствора с минимальным содержанием технологических добавок, оптимизацию процесса электроформования волокон, а так же получение нетканых материалов на основе хитозана и исследование их физико-механических свойств позволит максимально эффективно решить проблему создания перевязочного материала нового поколения для лечения обширных ожоговых поверхностей различного генеза, длительно незаживающих ран и трофических язв.

Цель диссертационной работы. Целью работы является разработка способа получения биодеградируемого нетканого материала на основе хитозана методом электроформования по растворно-капиллярной технологии для применения в медицине качестве «раневого покрытия».

Для достижения данной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать физико-химические свойства растворов хитозана в смесях уксусная кислота-вода. Разработать оптимальные составы формовочных растворов для получения нетканых волокнистых материалов на основе хитозана с заданным диаметром волокна.

2. Исследовать влияние технологических параметров процесса электроформования для растворов хитозана, хранившихся в течение различного времени, на динамические характеристики струи, средний диаметр и распределение волокон по диаметру, а также структуру и свойства нетканых материалов на основе хитозана.

3. Провести оптимизацию параметров процесса электроформования для получения однородных бездефектных волокон с заданным диаметром.

4. Исследовать физико-механические свойства полученных нетканых материалов.

5. Наработать и передать партию материала для проведения клинических испытаний.

Научная новизна.

1. Предложена рецептура формовочного раствора на основе хитозана, уксусной кислоты и сверхвысокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО) в качестве технологической добавки, что позволило осуществлять процесс электроформования волокна на основе хитозана с содержанием технологической добавки в сухом веществе не более 1 мас.%.

2. На примере формовочного раствора на основе хитозана (ММ 200 кДа, СД 82 мольн.%) установлен предельный срок хранения формовочного раствора (2 суток) в пределах которого сохраняется хорошая волокнообразующая способность при электроформовании волокна.

3. Впервые найдено техническое решение задачи получения волокнистых наноматериалов на основе хитозана со средним диаметром волокна 160 нм и содержанием технологической добавки в сухом веществе не более 1 мас.%. Определены диапазоны изменения параметров процесса обеспечивающие максимальную производительность процесса электроформования волокна.

4. Экспериментально найден параметр, определяющий устойчивый режим процесса электроформования волокна из растворов хитозана в уксусной кислоте, а именно диапазон значений тока, переносимого струей.

Практическая значимость.

Решена научно-техническая задача создания высокопористого материала на основе хитозана, пригодного для закрытия ожоговых поверхностей и лечения длительно не заживающих ран. Разработан также

способ получения указанного материала методом электроформования из растворов по капиллярной технологии. По разработанному технологическому регламенту, на пилотной установке, произведена опытная партия материала.

Разработан ассортимент нетканых материалов на основе хитозана со средним диаметром волокон 300 нм, 400 нм, 800нм (Приложение к диссертации «Акт об изготовлении опытной партии волокнистого материала из хитозана методом электроформования волокна» стр. 142).

Получен положительный результат клинических испытаний изготовленного ассортимента материалов, представляющих собой нетканое волокнистое полотно со средним диаметром волокон 300 нм, 400 нм, 800нм (Приложение к диссертации «Акт о проведении клинических испытаний» стр. 143).

По результатам работы зарегистрирована заявка на выдачу патента РФ на изобретение. «Биополимерное волокно, состав формовочного раствора для его получения, способ приготовления формовочного раствора, полотно биомедицинского назначения, способ его модификации, биологическая повязка и способ лечения ран».

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и выставках: Всероссийской молодежной выставке - конкурсе прикладных исследований, изобретений и инноваций (Саратов 2009); Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов 2009, 2010); Ш-ей сессии Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела (Саратов 2009); Х-ой Всероссийской конференции по Биомеханике (Саратов 2010); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Прикладные аспекты химической технологии, полимерных материалов и наносистем» (Бийск 2010); XII всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза 2010); III всероссийской школе-семинаре студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы» (Рязань 2010); Международной конференции «Инновационные материалы и технологии в химической и фармацевтической отраслях промышленности с элементами научной школы для молодежи» (Москва 2010); IV Международной конференции «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур» (Харьков 2010); III Всероссийской школе-семинаре для студентов, аспирантов и молодых ученых «Нанобиотехнологии: проблемы и перспективы» (Белгород 2010); Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск 2010); Всероссийской конференции с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия

физических полей на протекание химических реакций» (Казань 2010); VI Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (СПб 2010); Между народной конференции VIII Петряновские чтения (Москва 2011)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 19 (8 статей в сборниках конференций) печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов научных работ, заявка на патент РФ.

Работа выполнена в рамках программ РФФИ (проект № 09-03-12193 офи_м), Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере («У.М.Н.И.К.» 2010).

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 143 страницах машинописного текста и включают 64 рис., 15 табл., библ.: 111 наименований.

Достоверность полученных результатов подтверждается взаимной согласованностью результатов, основанных на применении современных методов исследования и применении высокоточных приборов для регулирования параметров исследуемого процесса, а также использовании математико-статистических методов обработки результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе дан сравнительный анализ разработанных формовочных растворов на основе хитозана для метода электроформования волокна. Описаны принципы рецептуростроения растворов, диапазоны технологических параметров и аппаратурные реализации процесса. Рассмотрены перспективные сферы применения нетканых нано- и микроволокнистых материалов на основе хитозана.

Отражены принципы и схемы различных современных промышленных аппаратурных реализаций процесса электроформования волокна.

Вторая глава посвящена описанию объектов и использованных в работе методов исследования.

Объектами исследования были выбраны: хитозан (средневязкостная молекулярная масса 87 кДа, 200 кДа, степень дезацетилирования 83.6 и 82 мольн.%, ЗАО «Биопрогресс»), в качестве технологической добавки полиэтиленоксид с ММ 900 кДа, МО6 Да, 2-Ю6 Да, 5-106 Да, Sigma Aldrich. В качестве растворителя использовали уксусную кислоту квалификации ХЧ, ЗАО «Вектон». 6

Исследование свойств растворов проводили следующими методами: измерение динамической вязкости растворов на ротационном вискозиметре (Brookfield DV-II-Pro), оснащенным устройством термостатирования исследуемых образцов: измерение удельной объемной электропроводности растворов с помощью кондуктометра (Анион-4120).

Исследование размерных характеристик нетканых материалов и отдельных волокон проводили с помощью: сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии (MIRA LMU, Tescan), атомно-силовой микроскопии (Интегра-спектра, NT-MDT), определение крупных дефектов нетканого материала с помощью оптической микроскопии (стереомикроскоп Olympus SZX-16). Исследование физико-механических свойств нетканых материалов проводилось на разрывной машине (Tiratest 28005). Для измерения удельной площади поверхности волокнистых материалов по методу БЭТ использовали анализатор удельной площади поверхности Quantachrome NOVA 1200е.

Третья

формовочного

-0.6 -0.2

глава посвящена выбору оптимальной рецептуры раствора и исследованию процесса электроформования волокна на основе хитозана. На рис.1 приведена зависимость динамической вязкости растворов ПЭО и хитозана с различной молекулярной массой в 70%-ной уксусной кислоте от концентрации полимера в растворе. По точке излома на кривой зависимости вязкости растворов от концентрации полимера определены значения критической концентрации полимера (Скр), для ПЭО с молекулярными массами 900 кДа, Да, 5-106 Да значение

0.2 0.6 i lg С, [мас.%]

Рис. 1 Зависимость вязкости растворов ПЭО с ММ 5-Ю6 Да (/), 2-106 Да (2), МО6 Да (5), 900 кДа (4) и хитозана с ММ 200 кДа (5), 87 кДа (6), в 70%-ной уксусной кислоте от концентрации полимера в логарифмических координатах. Измерения вязкости проводилось при постоянной температуре исследуемых растворов равной 25 С0

1.4

МО6 Да, 2-106

0.2

1000 2000 3000 4000 5000 ММ, кДа

Рис. 2 Зависимость вязкости растворов полиэтиленоксида в 70%-ной уксусной кислоте от концентрации полимера с ММ 5-Ю6 Да (/), 2-106 Да (2), 1-Ю6 Да (3) и 900 кДа (4) в логарифмических координатах.

Скр равно 1.2 , 1.0, 0.5 и 0.3 мас.% соответственно, для хитозана 87 и 200 кДа Скр равны 2 и 3 мас.%. Возрастание вязкости при С>С,ф связано с образованием устойчивой непрерывной в объеме флуктуационной сетки, образованной из молекулярных клубков или их ассоциатов. В результате этого изменяются реологические характеристики

растворов, что приводит к возрастанию устойчивости к деформационным нагрузкам под действием физических

полей и в частности к образованию непрерывных жидких струй в процессах переработки растворов полимеров в волокна и мононити.

Значение С,ф зависит от ММ ПЭО, размеров молекулярных клубков в растворе и их пространственной упаковке в объеме (рис 2). Координата «перегиба» на рис.2 ММ=2-106 Да, €„=0.5 мас.%. При использовании полиэтиленоксида с ММ более 2-Ю6 Да в качестве модификатора формовочного раствора возможно осуществление стабильного процесса электроформования волокна. Электроформование волокна проводилось при следующих технологических параметрах: объемный расход варьировался в пределах от 0.033 см3/мин до 0.1 см3/мин, напряжение, приложенное к капилляру, задавалось в диапазоне 20-40 кВ, межэлектродное расстояние варьировалось 200-350 мм (рис.3). Установлено, что из раствора хитозана

Рис.з. Схема С = 3-7 мас.%, без

экспериментальной установки добавления технологических для электроформования г

волокна: 1 - микронасос, Добавок, ПОД Действием 2 - источник напряжения, ЭЛеКТрИЧвСКОГО ПОЛЯ

3 - капилляр, 4 - межэлектродное расстояние, 5 - приемный электрод, 6 - универсальный электрометр, 7, 8 - вентиляционные отверстия.

генерируется мелко-

дисперсный аэрозоль,

формируя на осадительном электроде слой в виде сфер с диаметрами от 50 нм до 2 мкм.

Процесс электроформования волокна из раствора хитозана с добавкой ПЭО 1 мас.% (ММ=900кДа) и общей концентрацией смеси полимеров в растворе 5.31 мас.% в 70% уксусной кислоте характеризовался пульсационным характером формования волокна, прокапыванием полимерного раствора в указанном диапазоне объемных расходов и подаваемого электрического напряжения. Полученная волокнистая сетка характеризовалась множественными дефектами в виде высохших капель и веретенообразных утолщений на волокнах (рис. 4).

Добавление 1 мас.% полиэтиленоксида с молекулярной массой 5-10 Да в 6 мас.% раствор хитозана в 70%-ной уксусной кислоте приводит к

Рис.4 Результат приложения электрического поля к формовочному раствору на основе хитозана с добавкой 1 мас.% ПЭО различной молекулярной массы 900 кДа(а), МО6 Да (б), 2-106 Да (в), 5-Ю6 Да (г). Сканирующая электронная микроскопия. Параметры элекгроформования: объемный расход 0.067см3/мин, напряжение 30 кВ,

межэлектродное расстояние 200 мм.

улучшению процесса электроформования волокна и получению однородной

волокнистой структуры без дефектов в широких интервалах технологических параметров (рис.4). Улучшение волокнообразующей способности формовочного раствора с добавлением более высокомолекулярного ПЭО связано с улучшением способности раствора к высокоэластической деформации.

Наличие множественных дефектов в виде высохших капель в волокнистом слое приводит к существенному ухудшению и анизотропии физико-механических свойств нетканых волокнистых материалов, тем

самым, сужая круг применимости данных

ё юо

4000 5000 5500 ММ ПЭО. кДа

Рис. 5 Зависимость количества видимых дефектов на участке материала площадью волокна 0.04 мм" при электроформовании волокна из растворов с добавлением 1 мае. % полиэтиленоксида различной

молекулярной массы. Параметры

электроформования в тексте.

материалов. На рис. 5 представлена зависимость количества дефектов при электроформовании из свежеприготовленных растворов хитозана с добавлением полиэтиленоксида различной молекулярной массы (в соотношении 99:1 мас.% в сухом веществе). Технологические параметры задавались равными: объемный расход 0.067 см3/мин, напряжение на капилляре 30 кВ, межэлектродное расстояние 200 мм. При увеличении молекулярной массы полиэтиленоксида наблюдается улучшение процесса электроформования волокна, уменьшение количества и размера дефектов.

Установлено, что электроформование волокна из раствора на основе хитозана с общей концентрацией полимеров 5.31 мас.% и отношением ХТЗ (200 кДа, СД 82 мольн.%) ПЭО (5-Ю6 Да) 99:1 мас.% в сухом веществе, приводит к формированию бездефектной волокнистой структуры на

осадительном электроде.

Формовочный раствор обладает следующими характеристиками: вязкость по Брукфилду 0.8 Пас, удельная объемная

электропроводность 1.5 мСм/см. Использование в качестве растворителя УК 30%<С<70% (рис.6) при равной концентрации смеси полимеров в формовочном растворе приводит к формованию волокон с дефектами в виде высохших капель. Уменьшение С< 30% УК приводит к электрогидродинамическому распылению полимерного раствора (рис.6).

ЭяекТрОПЦфО-

распыление Устойчивое

расгвора члеюроформоваиие

Обрывки \

волокон. \

распыление \

формовочного >

раствора

10 30 50 70 90

СУК. %

Рис.6 Влияние концентрации СН3СООН на динамическую вязкость растворов хитозана (ММ 200 кДа, СД 82 мольн.%) с добавкой ПЭО (ММ 5-106 Да) 1 мас.%. Общая концентрация смеси полимеров в растворах 5.31 мас.%.

Содержание 1 мае. % ПЭО (5-106 Да) в формовочном растворе обеспечивает хорошую волокнообразующую способность (рис.7а). Уменьшение массовой концентрации ПЭО (5-106 Да) в формовочном растворе до 0.5 мае. % приводит к формированию волокнистого слоя с дефектами в виде высохших капель и волокон в виде лент (рис.7б). Волокнистая структура характеризуется локальными неоднородностями волокнистой сетки и значительным разбросом диаметров волокон. Уменьшение концентрации ПЭО (5 106 Да) до 0.25 мае. % в растворе приводит к прокапыванию полимерного раствора при электроформовании, образованию утолщений на волокнах (рис.7в). Уменьшение массовой концентрации ПЭО в исходном растворе хитозана до 0.1 мас.% приводит к ухудшению волокнообразующей способности раствора, прокапыванию и электрораспылению полимерного раствора (рис.7г).

(а)

(г)

¡11 область - дефекты

Рис. 7 Микрофотографии волокон хитозана с различным массовым соотношением ПЭО 5-10 Да в формовочном растворе, а-1 мае. %, б- 0.5 мае. %, в, г -0.25 и 0.1 мае. % соответственно. Параметры процесса электроформовния: объемный расход : 0.033 см3/мин, напряжение 30 кВ, межэлектродное

расстояние 200 мм.

Использование растворов со сравнительно низким значением вязкости не приводит к формированию волокна и сопровождается лишь электрогидродинамическим распылением раствора полимера (рис.8 область I). Область II охватывает растворы: ~2.1 <С<7 мас.%, -0.08 < ^ < 1.8 Па с (рис.8). В этой области наблюдается устойчивое безпульсационное

формование однородного бездефектного волокна.

Область III - растворы с С>~7.5 мас.%, Л >~1.9 Пас. Увеличение концентрации хитозана в формовочной системе более ~7.5 мас.% приводит к значительному увеличению вязкости

раствора.

Наиболее наглядно распределение волокон по размерам в нетканом волокнисто-пористом

11 область устойчивого электроформования волокна

1 область - капли

1 2 3 4 5 6 7 С. мас.% исходного раствора хитозана

Рис.8. Концентрационная зависимость наибольшей ньютоновской вязкости (/) и удельной объемной электропроводности (2) для системы хитозан (200 кДа)-ПЭО (5-10 Да У-70%-ная уксусная кислота. Соотношение Хитозан: ПЭО 99:1. Пояснение в тексте.

материале, полученном при электроформовании из раствора полимера разной концентрации, демонстрирует рис. 9.

(а)

40

■ ■

1 30 || §

3 ь 20 |

1- ■ 120 160 1 200

диаметр волокна, мм

диаметр волокна, им

диаметр в

Рис.9 Гистограмма распределения волокон по диаметру в нетканом материале, полученном электроформованием из раствора хитозана с концентрацией 3 (а), 6 (б) и 7 мас.% (в). Параметры электроформования: = 5.5-10'4 см3/сек, и = 30 кВ, межэлектродное расстояние 200 мм.

Чем выше концентрация полимера в растворе, тем шире интервал между значениями и волокон, формирующихся в процессе

электроформования, и меньше доля волокон среднего диаметра (табл. 1).

Таблица 1

Физико-химическая характеристика раствора хитозана и

Характеристика раствора хитозана Параметры электроформования Характеристика волокна

Концентрация С, мас.% Удельная электропроводность ^ , мСм/см Вязкость по Брукфилду 1, Па с Напряжение и, кВ Объемный расход см3/сек Средний диаметр О, нм Среднее квадратичное отклонение а, нм Интервал вариации Я, нм

2 0.84 0.075 - - -

3 1.2 0.24 30 5.5-10"4 180 40 205

6 1.5 0.8 240 45 280

7 2.5 1.8 300 60 410

Таким образом, проведенное исследование позволяет констатировать влияние концентрации и, соответственно, вязкости раствора хитозана на процесс электростатического формования и диаметр электросформованного волокна.

Установленная корреляция между концентрационным диапазоном получения равномерных по толщине волокон, их диаметром и функции распределения по диаметру позволяет ориентироваться при выборе параметров формовочного раствора для получения волокнистого материала с заранее заданными средним диаметром волокон и функцией их распределения по размерам.

На основании исследования характеристик формовочного раствора на процесс электроформования образца хитозана ММ 200 кДа степень деацетилирования 82 мольн.% была найдена массовая концентрация хитозана ММ 87 кДа степень деацетилирования 83.6 мольн.% в исходном растворе 70%-ной уксусной кислоты для приготовления формовочного раствора с вязкостью 0.8 Па с. Электроформование волокна осуществлялось на однокапиллярной установке, технологические параметры варьировались в

широких диапазонах Формовочный раствор характеризовался вязкостью по Брукфилду 0.8 Пас, УЭП 1.3 мСм/см при добавлении 1 мас.% ПЭО ММ 5106 Да. На основе оптимизации технологических режимов были найдены оптимальные технологические параметры для электроформования волокона из растворов хитозана (ММ 87 кДа степень деацетилирования 83.6 мольн.%) в 70 % УК с добавкой ПЭО ММ 5-106 Да 1 мас.% в сухом веществе.

Снижение объемного расхода формовочного раствора при электроформовании при неизменном значении напряжения на капилляре приводит к уменьшению поперечного сечения волокна и значения дисперсии диаметров волокон. Например, в процессе формования из растворов хитозана (200 кДа СД 82мольн.%) С = 3-7 мас.% при д=1.4-10"4 см3/сек и и=30 кВ можно получить волокна с Э = 170-250 нм, а=40-50 нм и 11=215-290 нм, однако производительность процесса при этом понижается (рис.10).

Рис.10 Влияние объемного расхода ормовочного раствора при и - 30 кВ (а) и напряжения на капиллярном сопле при <Э = 1.4-104 см3/сек (б) на средний диаметр волокна, образующегося в процессе электроформования из раствора хитозана (200 кДа СД 82мольн.%) концентрации 3-7 мас.% в 70%-ной

уксусной кислоте.

Установлено, что для растворов хитозана 200 кДа всех концентрацией при увеличении напряжения от 20 до 40 кВ наблюдается уменьшение среднего диаметра волокна (рис.10). Кроме того, существенно сужается интервал вариации диаметра волокон и уменьшается значение среднего квадратичного отклонения, что свидетельствует о сужении полимодальности распределения волокон по поперечным размерам. Наиболее однородная волокнистая структура с наименьшим средним диаметром волокна (О = 145 нм) формируется в процессе электроформования при напряжении и = 40 кВ из раствора хитозана 200 кДа с концентрацией в исходном растворе 3 мас.% и добавлении 1 мае. % ПЭО 5-106 Да.

В четвертой главе исследовалось влияние нестабильности вязкостных свойств формовочных растворов на основе хитозана на их волокнообразующую способность при электроформовании волокна. Известно, что уксуснокислые растворы хитозана характеризуются нестабильностью физико-химических свойств, в частности, вязкости. Первопричиной снижения динамической вязкости уксуснокислотных растворов хитозана при хранении является деструкция полимера,

протекающая даже в слабокислой среде. В свою очередь следствием деструкции является снижение степени структурирования раствора и его вязкости, резкое в первые несколько суток и замедляющееся, но приводящее к сильному разжижению раствора при выдерживании в течение более длительного времени [3].

В данной работе исследовалось влияние срока хранения формовочного раствора на основе хитозана на волокнообразующую способность раствора и на микроструктуру получаемого материала при различных параметрах осуществления процесса электроформования.

Установлено, что при хранении формовочного раствора на основе хитозана (200 кДа, СД 82 мольн.%) и ПЭО ММ 5-Ю6 Да, с концентрацией смеси полимеров в растворе 5.31 мас% в 70%-ной уксусной кислоте, массовая концентрация ПЭО в сухом веществе 1 мас%, в течение 4-х дней происходит уменьшение динамической вязкости раствора (рис.11) и

изменение волокнообразующих свойств раствора при электроформовании волокна.

Можно условно выделить три временных интервала сроков хранения формовочного раствора. В течение первых суток после приготовления раствора (рис.12, интервал I) процесс электроформования волокна имеет безпульсационный, устойчивый характер, полученный нетканый материал

характеризуется отсутствием дефектов волокнистой структуры. Изменение среднего диаметра волокна, а так же наличие и

Рис.11

20 30 40 50 Срок хранения, сут

Абсолютное

изменение динамическои вязкости формовочного раствора на основе хитозана (ММ 200 кДа СД 82 мольн.%)

характеристика дефектов волокнистого материала, при электроформовании из растворов с различным сроком хранения представлены на рис.13.

В интервале от 1 до 2.5 суток хранения наблюдается резкое ухудшение волокнообразующей способности формовочного раствора, полученные волокнистые структуры характеризуются меньшим диаметром волокна (рис.12, интервал II), более узким интервалом распределения волокон по диаметру, а также появлением многочисленных дефектов в виде высохших капель. При увеличении срока хранения формовочного раствора до 3 суток (рис.12, интервал III) средний диаметр получаемого волокна уменьшается более чем в 3 раза по сравнению со значением среднего диаметра волокна при электроформовании из исходного раствора. Процесс электроформования волокна постепенно вытесняется процессом электрогидродинамического распыления жидкости. При этом электроформование волокна из раствора со сроком хранения четверо суток приводит к образованию волокнистой сетки с множественными дефектами в виде высохших капель со средним диаметром 4 мкм. При увеличении срока хранения формовочного раствора до 4 суток, происходит увеличение количества дефектов на волокнах в 3.5 раза по

сравнению с формовочным раствором, хранившимся 2 суток. Средний диаметр дефектов при этом увеличивается с ~ 3 мкм до ~ 4 мкм.

7 Рис. 12 Зависимость среднего

диаметра волокна (/-объемный расход 0.033 см3/мин, 2 - объемный расход 0.067 см3/мин ) напряжение ЗОкВ, ■»■»»1 Б- -I ' межэлектродное расстояние 200 мм.,

? .. % \ количества (5) и диаметра дефектов

(4) на участке материала площадью 0.04 мм2 при электроформовании волокна с параметрами: 0.033 см3/мин, напряжение ЗОкВ, межэлектродное расстояние 200 мм., от времени хранения формовочного раствора.

Наряду с уменьшением среднего диаметра получаемых волокон при электроформовании из раствора с различным сроком хранения происходит сужение функции распределения волокон диаметру. На рис. 13 представлены гистограммы распределения диаметров волокон, полученных из

(б)

3 1 II ;

| 120 400

1100 1 . 2

Ё 1 300

■§• 80 1 N !

8 60 2 200 Чд' N. •

Ь 9 40 О • ;

I 100 !

1 20 -----------1

12 3 4 срок хранения раствора, сут

(а)

(в)

§ 25

0 I

!20 ? ,51

1 ю 4

60 _

2 50 ш

3 40 1

5 30

1 20

8 «0 1

0 ш *

360 440 520 диаметр волокна, им

200 280 360 440 520 днамсгр волокна, им с

'АЩ71.—

(г)

(Д)

с10 | 20 2 10.

220 300 .580 диаметр волокна, им

I 60

I 50 | 40 £ 30 | 20 " 10 0

220 300 380 диаметр волокна, нм

260 340 420 диаметр волокна, нм

Рис. 13 Зависимость

распределения волокон по диаметрам (а, б, в, г, д,) для свежеприготовленного формовочного раствора и раствора со сроком хранения одни, двое трое и четверо суток соответственно. Объемный расход 0.033 см3/мин, напряжение 30 кВ, межэлекг-родное расстояние 200 мм.

свежеприготовленного формовочного раствора и раствора, хранившегося в статических условиях при температуре 23°С в течение 1, 2, 3 и 4 суток соответственно. Наряду с сужением функции распределения волокон по диаметру и увеличением доли волокон среднего диаметра, происходит интенсификация процесса образования дефектов в виде капель и веретенообразных утолщений на волокнистой сетке (рис.14). Волокнистая структура, полученная из исходного (свежеприготовленного) раствора характеризуется широким интервалом вариации волокон по диаметру (438 нм) и средним квадратичным отклонением 65 нм. При увеличении объемного расхода формовочного раствора происходит увеличение среднего диаметра получаемых волокон, что хорошо согласуется с теорией и практикой метода электроформования.

С целью определения влияния срока хранения формовочного раствора на зависимость диаметра получаемого волокна от напряжения и объемного расхода были проведены серии экспериментов, в которых напряжение варьировалось в диапазоне от 20 до 37 кВ, объемный расход задавался в диапазоне от 0.033 - 0.2 см3/мин, межэлектродное расстояние составляло 200 мм.

(а) (б) (в)

шхштвя тшщт * ж1 за *

Щ-Ш'0%% шшшш

тШМ ШШМ ЩШ

Ь 'Ф&Яа ттШт

19ЁШ Шв

Рис.14 Результат электроформования волокна из растворов с различным сроком хранения. Бездефектная

волокнистая структура полученная из свежеприготовленного раствора (а) дефекты в виде капель на волокнистой сетке образующиеся при электроформовании раствора со сроком хранения 2 суток (б) и 4 суток (в). Сканирующая электронная микроскопия. Параметры процесса электроформования в тексте.

Установлено, что зависимость диаметра волокна от напряжения, подаваемого на капилляр, составляет О ~ и~0-22±0'05, для свежеприготовленного раствора и раствора, хранившегося одни, двое, трое суток. Для раствора хранившегося четверо суток наблюдается изменение коэффициента зависимости и-01 (рис. 15а). Прямые для каждой серии экспериментальных точек проводились по методу наименьших квадратов. Среднее значение тангенса угла наклона прямых вычислялось по результатам 3 серий экспериментов.

На рис.156 приведены зависимости среднего диаметра получаемого волокна от объемного расхода формовочного раствора. Зависимость

0 37

уменьшается со временем, составляя для исходного раствора,

0 23 0 2 0 12

' , , для растворов, хранившихся 1, 2 и 3 суток

соответственно. После 4 суток хранения раствора зависимость диаметра волокна от объемного расхода практически отсутствует увеличение объемного расхода раствора до величины 0.2 см3/мин приводит к дестабилизации процесса электроформования и переходу от струйного течения к электрогидродинамическому распылению полимерного раствора.

Установлены следующие оптимальные технологические параметры для стабильного электоформования бездефектных волокон хитозана диаметром 250±50 нм: срок хранения не более 2 суток с момента приготовления, объемный расход 0.033-0.1 см3/мин, напряжение 25-35кВ, межэлектродное расстояние 200 мм.

Электрический ток, переносимый струей, относится к не регулируемым технологическим параметрам процесса электроформования волокна. Ток,

переносимый струей, есть следствие всех технологических параметров процесса и физико-химических характеристик формовочного раствора. Контроль данного параметра необходим по целому ряду причин. Во-первых, его отношение к объемному расходу формовочного раствора есть мера объемной плотности электрического заряда в первичной струе. Во-вторых, его плотность на осадительном электроде влияет на формирование волокнистого слоя, на остаточный заряд и фильтрующие свойства электросформованного волокнистого материала. Величина тока, переносимого струей, может изменяться в широких пределах от 0.1 до 5 мкА на один инжектирующий капилляр [4].

(а)

Л?

30 35 40 45 50 Напряжение. I кВ ]

3:Эх!<Г бхЮ1 10 2x10 3x10 ( КЗьемнмй рмеход, [см'/мнк]

Рис. 15 Зависимость среднего диаметра волокна от напряжения, подаваемого

на капилляр при фиксированном расходе 0 = 0.033 см3/мин (а) и от объемного расхода формовочного раствора при фиксированном напряжении и = ЗОкВ (б), 1 - исходный (свежеприготовленный) раствор, 2 - 5 -хранившийся в статических условиях в течение I, 2, 3 и 4 суток соответственно.

Измерение тока, переносимого струей, осуществлялось на однокапиллярной установке. На капилляр, через который осуществлялось дозирование формовочного раствора в межэлектродное пространство, подавалось положительное напряжение, осадительный электрод, в виде пластины, заземлялся через универсальный вольтметр. Параметры процесса электроформования волокна составляли межэлектродное расстояние 300 мм, напряжение варьировалось в диапазоне 20-36 кВ, объемный расход формовочного раствора задавался 0.06 -0.33 см3/мин. Измерение тока, переносимого струей, осуществлялось при условии стабильности процесса электроформования волокна, а также отсутствия высыхания полимерного раствора на кончике капилляра. В экспериментах использовался 5.31 мас% раствор смеси хитозана (200 кДа СД 82 мольн.%) и ПЭО 5-106 Да в 70% уксусной кислоте. Массовое соотношение полимеров в формовочном растворе составляло: хитозан: ПЭО (99:1).

Установлено, что с течением времени вязкость формовочного раствора хитозана падает более чем на 30%. При этом удельная электропроводность раствора остается неизменной.

При электроформовании волокна из раствора хитозана с различным сроком хранения (рис.16) наряду с изменением вязкости формовочного раствора и уменьшением диаметра электроформу егомого волокна уменьшается ток, переносимый струей. Например, при электроформовании волокна из исходного (свежеприготовленного) формовочного раствора ток, 16

переносимый струей, составлял 10 мкА, а для раствора со сроком хранения 4 суток значение тока составляло 4.5 мкА, при неизменных параметрах электроформования.

Е и < е Рис. 16 Зависимость диаметра

электроформуемого волокна (У), тока, переносимого струей (2), наибольшей ньютоновской вязкости (3) и удельной объемной электропроводности (4) формовочного раствора от срока хранения формовочного раствора. Параметры процесса

электроформования: 0-0.067 см3/мин, и = 30 кВ, межэлектродное расстояние 5 200 мм.

X. 1.0

Е

с 1.4 = 11 = 500, сС

1 1.2 С §400 о

т 1.0 : 7 £300.

0.8 с 5 5 = 200. 1100.

и

1 2 3 4 5 срок хранения раствора, сут

Процесс электроформования волокна из свежеприготовленного формовочного раствора характеризуется относительно низким значением напряжения, приложенного на капилляр, (10 кВ) для перехода капельного течения полимерного раствора к генерации струй в область межэлектродного пространства (рис. 17).

<

2 10 ш 50

о о. 8 5 40

о и:

>я 2 6 а. 30 га

о о 4 ^ 20

о о, с 2 10

12

111 обл. электрический пробой

II обл. устойчивое электроформование 1

I обл. прокапывание формовочного раствора

12 3 4 5 срок хранения раствора, сут

Рис. 17 Зависимость

«порогового» значения напряжения, приложенного на капилляр, для осуществления процесса

электроформования волокна (/) и тока, переносимого струей (2), от срока хранения формовочного раствора.

Объемный расход

формовочного раствора 0.067 см3/мин, межэлектродное расстояние 200 мм.

При электроформовании волокна со сроком хранения 1-4 суток наблюдается увеличение «порогового» значения напряжения для инжекции струй в область межэлектродного пространства. Например, для формовочного раствора, со сроком хранения 2 суток величина «порогового» напряжения составила 20 кВ, для раствора со сроком хранения 4 суток 27 кВ, при этом ток, переносимый струей, составил 2.8 мкА и 2.9 мкА соответственно. Измерение «порогового» значения напряжения, приложенного к капилляру проводилось при условии отсутствия прокапывания формовочного раствора с кончика капилляра.

В пятой главе исследовались физико-механические свойства нетканых волокнистых материалов на основе хитозана. В качестве объектов исследования использовались нетканые волокнистые материалы на основе хитозана, полученные методом электроформования волокна из формовочного раствора смеси полимеров хитозана с ММ 200 кДа и ПЭО 5-106 Да в 70%-ной уксусной кислоте, соотношение полимеров в сухом веществе 99:1 мас.%. Параметры процесса электроформования задавались

следующими: объемный расход формовочного раствора 0.117 см3/мин и 0.15 см3/мин, напряжение, приложенное к капилляру 30 кВ, межэлектродное расстояние 300 мм. В качестве осадительного электрода использовался вращающийся барабан, с линейной скоростью вращения 5 -30 м/сек. Параметры окружающей среды: температура воздуха 22°С, влажность 35%.

Полученные материалы характеризовались средним диаметром волокна, функцией распределения волокон по диаметру, структурой организации волокон в слое, сводная характеристика образцов представлена в табл. 2.

Таблица 2

Сводная характеристика образцов нетканого материала из волокон хитозана

№ О , нм Поверхн-ая пл-сть, г/м2 Ориентация волокон в материале о, МПа е, % о, МПа

Вдоль оси вращения приемного барабана Поперек оси вращения приемного барабана

1 640 19 нет 22.8 16.2 19.3 15

2 410 22.9 нет 6.83 20 6.63 16.9

3 320 24.5 умеренная 14.3 12.2 4.35 11.4

4 400 12.5 умеренная 20.2 14.1 4.9 14.1

5 720 24.2 умеренная 31.4 11.5 2.8 8.1

6 800 10 высокая 76.4 14.85 1.69 10.9

Полученные материалы исследовались с помощью сканирующей электронной микроскопии и сканирующей электронной микроскопии на просвет установлено отсутствие дефектов в виде капель как на поверхности материалов так и в слое волокон (рис. 18).

Установлено, что определение качественной и количественной характеристики дефектов в нетканом волокнистом материале

(д) Рис. 18 Микрофотография

ЯЯКИИВМЯЯЯВВ нетканого материала из

I* • "*Л, .-V 1/ "•« волокон хитозана.

' Изображение полученное с

Р "Ч-^»«Ь^ ^"Уд^* ' помощью детектора

^^^^^^^^^^ н- ^ | ' прошедших через образец

^ ; т - ^ электронов (а), изображение

V I ЙийШ^" электронов (б). Р

/

- I

Рис. 19 Топографический образ морфологической структуры поверхности волокна на основе хитозана. Атомно-силовая микроскопия, полуконтактный метод исследования.

предпочтительнее проводить с помощью просвечивающей

электронной микроскопии или сканирующей электронной

микроскопии на просвет, из-за возможности присутствия дефектов в виде капель в глубине слоя нано и микроволокон. На рис. 19 представлен фрагмент бездефектного нетканого материала. С помощью атомно-силовой микроскопии установлено, что волокна

в материалах № 1 — 6 табл. 2 имеют круглую форму поперечного сечения.

Для данных материалов получены кривые напряжение/деформация при одноосном растяжении в условно продольном и поперечном направлениях, при постоянной скорости деформирования образцов и постоянных температуре и влажности окружающего воздуха. Установлено, что для материалов с большим диаметром волокна с хаотичной и умеренной ориентацией волокон в слое величина удельной разрывной нагрузки увеличивается. Значения величины относительного удлинения данных образцов сопоставимы.

Материалы с умеренной и высокой ориентацией волокон в слое характеризовались углом отклонения волокон от генерального направления ориентации волокон в слое, доля волокон с углом отклонения менее 5° составило 35% и 70% от общего объема выборки. Наибольший вклад в объем выборки для материалов с умеренной ориентацией волокон вносят волокна с углом разупорядоченности от 0 до 15 градусов 60% объема выборки.

Одноосное растяжение образцов натканного материала с умеренной ориентацией волокон в слое показало, что данные образцы характеризуются большим значением удельной разрывной нагрузки (в продольном направлении) по сравнению с образцами материала с хаотичной укладкой волокон в слое (табл. 2). Однако, относительное удлинение образца №4 табл. 2 уменьшается на 30% в сравнении со значением величины относительного удлинения образца №2 табл. 2. Кроме того, образец №2 табл. 2 характеризуется и более низким значением величины удельной разрывной нагрузки, определенной в условно поперечном направлении.

Материал со средним диаметром волокна 720 нм и частично проклеенной структурой характеризуется значительно меньшим значением относительного удлинения (2.8 %) ввиду наличия значительных участков близких к пленочным структурам. Образцы материала полученные при линейной скорости вращения осадительного электрода 30 м/сек характеризуются высокой степенью упорядоченности волокон в слое (рис. 20). Полученный материал характеризовался высокой степенью

60.

одноосной ориентации волокон в слое и средним диаметром волокна 800 нм.

Рис. 20 Гистограмма распределения волокон

материале с высокой степенью ориентации

волокон в слое и средним диаметром

по углу отклонения от генерального направления ориентации в нетканом

волокна 800 нм.

О 10 20 30 40

Угол разупорялоченности но'¡окон, градусы

Одноосное растяжение образцов нетканого материала с высокой ориентацией волокон в слое в условно продольном направлении показало, что образцы характеризуются высоким значением удельной разрывной нагрузки 76.4 МПа и относительным удлинением, растяжение образцов в условно поперечном направлении показало отсутствие прочностных свойств материала в данном направлении.

Фоторентгенограмма волокон на основе хитозана представлена на (рис. 21). Анализ картины рассеяния показал, что исследованные волокна материала ориентированы и характеризуются с-осевой текстурой. Обнаружен факт, что удельная поверхность волокнистого материала с умеренной ориентацией волокон значительно больше, чем у материалов с хаотичной укладкой волокон (рис.22). Для материалов с хаотичной укладкой волокон в слое величина удельной поверхности находится в диапазоне 3-9 м2/г. Для материалов с «умеренной ориентацией» волокон и средним диаметром волокна 400 нм и 320 нм величины удельной поверхности составляют 36 и 75 м2/г. Увеличение величины удельной поверхности связано с увеличение количества нанопор в материале.

ог

> 1.5-10"

Рис. 21 Фоторенггенограмма нетканого материала с высокой степенью ориентации волокон в слое. Средний диаметр волокна 800 нм.

50 70 90 Радиус пор, А

Рис. 22 Распределение объемов нанопор по размерам. Материал с умеренной ориентацией волокон (1), хаотичная укладка (2).

В шестой главе проводилась разработка и применение биотрансплантатов для лечения ожогов, трофических язв и длительно незаживающих ран. Клинические исследования показали, что созданные раневые покрытия легко моделируются по поверхности ран, плотно прилегают к раневой поверхности, сорбируют избыток раневого отделяемого. Отмечено их выраженное стимулирующее воздействие на регенераторные процессы в ранах. Использование нановолокнистых повязок способствует более ранней регенерации верхнего слоя кожи и быстрому самостоятельному заживлению поверхностных ран, росту грануляционной ткани и ускоренной подготовке ран к пересадке аутодермотрансплантатов в области глубоких ран, стимулирует краевую и островковую эпителизацию при лечении длительно незаживающих ран, уменьшает объем кровопотери в области донорских ран. Средний срок заживления ожогов П-ША степени сокращается с 25-30 суток до 10-12 суток.

Выводы

1. Предложена рецептура формовочного раствора на основе хитозана, уксусной кислоты и свервысокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО) в качестве технологической добавки, что позволило осуществлять процесс

электроформования волокна на основе хитозана с содержанием ПЭО в сухом веществе не более 1 мас.%.

2. Исследованы свойства растворов хитозана в смесях уксусной кислоты и воды в широком диапазоне концентраций уксусной кислоты (5-96%), установлено, что оптимальным растворителем с технологической точки зрения является смесь содержащая 70% уксусной кислоты и 30% воды. Установлена зависимость диаметра волокна от вязкости и электропроводности формовочного раствора. Проведена оптимизация процесса получения волокон заданного диаметра.

3. Впервые найдено техническое решение задачи получения волокнистых наноматериалов на основе хитозана со средним диаметром волокна 160 нм и содержанием технологической добавки в сухом веществе не более 1 мас.%.

4. На примере формовочного раствора на основе хитозана (ММ 200 кДа, СД 82 мольн.%) установлен рекомендуемый предельный срок хранения формовочного раствора (2 суток), в пределах которого сохраняется хорошая волокнообразующая способность при электроформовании волокна. Сделано предположение о том, что старение формовочного раствора связано с химической деструкцей хитозана.

5. Исследованы механические свойства волокнистых материалов на основе хитозана с хаотичной, «умеренно» ориентированной и «высоко» ориентированной организацией волокон в слое, а также с различным средним диаметром волокна.

6. Обнаружен факт увеличения удельной поверхности, рассчитанной по методу БЭТ, для материалов с «умеренной» ориентацией волокон в слое удельная поверхность увеличивается до 75 м2/г, в сравнении с материалами с хаотичной укладкой волокон (9 м2/г), что по-видимому связано с изменением морфологии поверхности волокна при механическом воздействии.

7. Наработана и передана для клинических испытаний пилотная партия разработанного волокнистого нетканого материала на основе хитозана. Материал успешно прошел клинические испытания в Саратовском центре термических поражений - ММУ «Городская больница №7». Средний срок заживления ожогов II-IIIA степени сокращается с 25-30 суток до 10-12 суток. Приложение к диссертации стр. № 143.

Список цитированной литературы

[1] Riccardo A.A. Muzzarelli Chitins and chitosans for the repair of wounded skin, nerve, cartilage and bone / Riccardo A.A. Muzzarelli // Carbohydrate Polymers 2009. V.76 P. 167182.

[2] Скрябина К.Г. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение / Скрябина К.Г. и др. // М. Наука 2002 г. 368 с.

[3] Миронов A.B. Причина нестабильности вязкостных свойств уксуснокислых растворов хитозана / Миронов A.B. и др. //Высокомолек. Соед. 2007. Т.49 Б. №1 .С. 136-138

[4] Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс) / Филатов Ю. Н. // М.: Нефть и Газ, 1997 г. 297 с.

Основные публикации автора по теме диссертации. Статьи в реферируемых журналах из списка ВАК:

1. Дмитриев Ю.А., Шиповская А.Б., Коссович Л.Ю. Электроформование нановолокон из растворов хитозана // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2011. Т. 54. Вып. 6. С.90-93.

2. Козырева Е.В., Дмитриев Ю.А., Шиповская А.Б., Коссович Л.Ю. Оценка волокнообразующей способности хитозана по физико-химическим параметрам раствора полимера // Известия Саратовск. ун-та. Новая серия. Серия химия, биология, экология. 2011. Т. 11 Вып. 1 С.22-25.

3. Дмитриев Ю.А., Сальковский Ю.Е., Коссович Л.Ю. Электроформование волокон из растворов хитозана с различным сроком хранения // Пластические массы. 2011. №7. С.42-45.

Статьи в материалах конференций:

1. Дмитриев Ю.А., Галушка В.В., Захаревич A.M., Коссович Л.Ю. Влияние срока хранения раствора хитозана на параметры процесса электроформования волокон // Прикладные аспекты химической технологии, полимерных материалов и наносистем («Полимер-2010»), тезисы и доклады IV-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та 2010. С.51-53.

2. Дмитриев Ю.А., Галушка В.В., Захаревич A.M. Влияние свойств прядильного раствора на процесс электроформования // Новые химические технологии: производство и применение, сборник статей XII всероссийской научно-технической конференции. Пенза: Приволжский Дом знаний 2010. С.28-30.

3. Дмитриев Ю.А., Козырева К.В. Исследование процесса электроформования волокна из раствора хитозана // III всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы», Сборник трудов Рязань: РГРТУ 2010. Том II. С.191-194.

4. Козырева Е.В., Бузинова Д.А., Дмитриев Ю.А. Нанотехнология создания фармацевтических биополимерных трансплантатов для комбустиологии // Сборник тез. III Всероссийск. школы-семинара для студентов, аспирантов и молодых ученых «Нанобиотехнологии: проблемы и перспективы». Белгород: Изд-во БелГУ 2010. С.58-61.

5. Дмитриев Ю.А. Получение нановолокнистых материалов на основе хитозана методом электроформования // Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания: материалы докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 80-летию ИрГТУ, Иркутск: Изд-во ИрГТУ 2010. С.83-87.

6. Дмитриев Ю.А., Коссович Л.Ю. Электроформование ультратонких волокон на основе хитозана // Материалы четвертой Международной научной конференции «Физико-химические основы формования и модификации микро- и наноструктур». Харьков: НФТЦ МОН и HAH Украины. 2010. Т.2 С.332-335

7. Дмитриев Ю.А., Коссович Л.Ю. Оптимизация процесса получения нановолокон из растворов хитозана // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине Материалы ежегодной Всероссийской научной школы-семинара. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2010. C.52-55

8. Сальковский Ю.Е., Дмитриев Ю.А. Электроформование нановолокон и применение в медицине // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине 2009. Материалы ежегодной Всероссийской научной школы-семинара /под ред. проф. Д.А. Усанова. Саратов 2009. С.25-28.

Тезисы докладов на научных конференциях:

1. Козырева Е.В., Абрамов А.Ю., Дмитриев Ю.А., Березяк В.В., Сальковский Ю.Е., Шиповская А.Б. Способ получения прядильного раствора хитозана для электроформования нановолокон // Всероссийская молодежная выставка — конкурс прикладных исследований, изобретений и инноваций. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та 2009. 232 е.: ил.

2. Козырева Е.В., Дмитриев Ю.А., Березяк В.В., Сальковский Ю.Е., Шиповская А.Б. Влияние кинетического фактора на волокнообразующую способность растворов хитозана // X Всероссийская конференция по Биомеханике: Тез. докл. Всерос. конф. /Под ред. проф. Л.Ю. Коссовича. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та 2010. С.98.

3. Дмитриев Ю.А., Березяк В.В. Исследование механических свойств нетканых материалов из нановолокон хитозана с произвольной и упорядоченной структурой // X Всероссийская конференция по Биомеханике: Тез. докл. Всерос. конф. / Под ред. проф. Л.Ю. Коссовича. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та 2010. С.68.

4. Шиповская А.Б., Островский Н.В., Сальковский Ю.Е., Козырева Е.В., Бузинова Д А., Дмитриев Ю.А., Белянина И.Б. Новые биотрансплантаты для решения проблем регенеративной медицины // Инновационные материалы и технологии в химической и фармацевтической отраслях промышленности, материалы международной конференции с элементами научной школы для молодежи. Москва. С.58-59.

5. Dmitriev Yu-A., Kossovich L.Yu. Experimental investigation fiber-forming property of chitosan solution in electrospinning process // Шестая Санкт-Петербургская конференция молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах», СПб. ИВС РАН тез. докл. С. 78.

6. Сальковский Ю.Е., Дмитриев Ю.А., Березяк В.В. Получение нано- и микроволокон и применение в медицине // III сессия Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела: Тез. докл. Всерос. конф. /Под ред. проф. Л.Ю. Коссовича. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та 2009. С.34.

7. Дмитриев Ю.А., Коссович Л.Ю., Шиповская А.Б. Технология получения нановолокнистых фильтров из хитозана //Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» Казан. Гос. Технол. Ун-т., Казань: КГТУ 2010. С.185.

8. Дмитриев Ю.А. Исследование механических свойств нетканых волокнистых материалов на основе хитозана // VIII Петряновские чтения: сборник трудов международной конференции Москва 2011. С.26-28

Патент

1. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение. №2010154753 от 30.12.10 Биополимерное волокно, состав формовочного раствора для его получения, способ приготовления формовочного раствора, полотно биомедицинского назначения, способ его модификации, биологическая повязка и способ лечения ран / Шиповская А.Б., Островский Н.В., Сальковский Ю.Е., Козырева Е.В., Дмитриев Ю.А., Белянина И.Б., Березяк В.В., Александрова О.И., Кириллова И.В., Перминов Д.В.

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 24.10.2011 г. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 1012

Типография «Техно-Декор», г. Саратов, Московская, 160, тел. 26-38-48

Введение

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Электроформование волокнистых материалов.

1.1.1 Принципиальная схема и основные стадии процесса электроформования.

1.1.2 Сырье для.получения волокон методом электроформования.

1.1.3 Технологические требования к растворителям.

1.1.4 Основные свойства формовочного раствора и параметры процесса электроформования.

1.2 Сферы применения, и ассортимент волокнистых материалов, полученных методом электроформования.

1.3 Хитин и хитозан.

1.4 Основные закономерности процесса электроформования волокон на основе хитозана.

1.5 Направления^ для использования волокнистых материалов биомедицинского назначения.

1.6 Основные требования к раневым покрытиям.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Исходные вещества.

2.2 Методы исследования.

2.2.1 Измерение динамической вязкости полимерных растворов.

2.2.2 Измерение электропроводности полимерных растворов.

2.2.3* Электростатическое формование волокнистых материалов.

2.2.4 Определение диаметра и распределения по размерам волокон, 35 линейной скорости волокнообразования.

2.2.5 Определение структуры поверхности ультратонких волокон- 36 атомно-силовой микроскопии.

2.2.6« Измерение физико-механических свойств волокнистых 37 материалов.

2.2.7 Определение толщины, массы единицы площади нетканых 39 волокнистых материалов.

2.2.8 Метод определения удельной поверхности и пористости 40 волокнистых материалов.

2.2.9 Определение ориентации макромолекул в волокне методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

3 ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ РЕЦЕПТУРЫ ФОРМОВОЧНОГО РАСТВОРА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА. ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИЯ ВОЛОКНА НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА.

3.1 Анализ растворимости хитозана и полиэтиленоксида.

3.2 Влияние молекулярной массы и концентрации хитозана' на вязкость растворов полимера.

3.3 Электроформование волокна из раствора хитозана.

3.4 Выбор оптимального модификатора формовочного раствора на основе хитозана для электроформования волокна.

3.5 Влияние основных параметров процесса электроформования и свойств формовочного раствора на диаметр и спектр диаметров получаемых волокон.'.

3.5.1 Влияние молекулярной массы полиэтиленоксида на волокнообразующую способность формовочного раствора.

3.5.2 Влияние концентрации уксусной кислоты на волокнообразующую способность формовочного раствора.

3.5.3 Влияние массовой концентрации полиэтиленоксида на волокнообразующую способность формовочного раствора.

3.5.4 Определение влияния вязкости и электропроводности формовочного раствора на диаметр и спектр диаметров, получаемых волокон.

3.5.5 Влияние свойств исходных образцов хитозана на диаметр и спектр диаметров получаемых волокон.

3.6 Оптимизация технологических параметров и параметров формовочного раствора для получения волокон на основе хитозана с заданным диаметром.

3.7 Выводы по 3-ей главе.

4 ВЛИЯНИЕ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ВЯЗКОСТНЫХ СВОЙСТВ» ФОРМОВОЧНЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА НА ИХ ВОЛОКНООБРАЗУЮЩУЮ * СПОСОБНОСТЬ ПРИ ЭЛЕКТРОФОРМОВАНИИ ВОЛОКНА.

4.1 Определение основных стадий перехода устойчивого процесса электроформования к процессу электрогидродинамического распыления раствора полимера.

4.2 Влияние срока хранения формовочного раствора на диаметр и спектр диаметров получаемых волокон.

4.3 Зависимость диаметра волокна от основных технологических параметров при электроформовании из раствора с различным сроком хранения.

4.4 Исследование переноса заряда струйным течением в неоднородном электростатическом поле для раствора с различным сроком хранения.

4.5 Выводы по четвертой главе.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕТКАНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ХИТОЗНА.

5.1 Исследование механических свойств нетканых материалов с хаотичной укладкой волокон в слое и различным средним диаметром волокна.

5.2 Влияние диаметра электроформуемого волокна на механические свойства нетканых материалов с умеренной ориентацией волокон в слое.

5.3 Исследование механических свойств нетканого волокнистого материала на основе хитозана с высокой степенью ориентации волокон в слое.

5.4 Влияние диаметра волокна и структуры организации волокон в слое материала на эффективность фильтрации.

5.5 Выводы по пятой главе.

6 РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ БИОТРАНСПЛАНТАТОВ

ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ОЖОГОВ, ТРОФИЧЕСКИХ ЯЗВ И ДЛИТЕ ЛЬНОНЕЗ АЖИВ АЮЩИХ РАН.

6.1 Взаимодействие культивируемых клеток кожи с модифицированным нетканным материалом на основе хитозана.

6.2 Испытания нетканых волокнистых материалов на основе хитозана в клинических условиях.

6.3 Выводы по шестой главе.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы. Нетканые волокнистые материалы, получаемые методом электроформования из растворов полимеров, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Материалы из волокон субмикронного диаметра используются для высокоэффективной фильтрации высокодисперсных аэрозолей в системах очистки газовоздушных выбросов и средствах защиты органов дыхания, аналитических фильтрах для контроля уровня загрязненности воздуха. Полученные методом электроформования слои из нановолокон включаются в композиционные текстильные материалы нового поколения для обеспечения регулируемой водо- и паропроницаемости, антимикробных и антивирусных барьерных свойств. Производство нетканых волокнистых материалов из биосовместимых и биодеградируемых полимеров открывает широкие перспективы для их использования в медицинских приложениях при создании перевязочных средств, заменителей тканей, систем контролируемой доставки лекарственных средств и др.

Одной из актуальных задач современной медицины является лечение обширных ожоговых поверхностей различного генеза, длительно незаживающих ран и трофических язв. К используемым перевязочным средствам предъявляются высокие требования по физико-химическим свойствам, таким как создание оптимальной микросреды для заживления ран, способность предотвращать проникновение микроорганизмов, 1 воздухопроницаемость, эластичность, отсутствие токсического действия, удобство стерилизации и использования и др. Существующие перевязочные средства «раневые покрытия» не удовлетворяют в полной мере всем перечисленным требованиям.

Эффективным способом решения данной задачи является применение в качестве полифункциональных «раневых покрытий» нановолокнистых материалов из хитозана, полученных методом электроформования[1, 2]. Хитозан обладает ранозаживляющим действием и бактерицидной активностью, нетоксичен, биосовместим, биодеградируем, а также является промышленно выпускаемым полимером [3-7]. Недостатком существующих технологий электроформования волокон из хитозана является использование высокотоксичных растворителей и большого количества технологических добавок, что существенно ухудшает биосовместимость готового материала[8-11].

На основании вышеизложенного, решение комплексной задачи, включающей в себя разработку формовочного раствора с минимальным содержанием технологических добавок, оптимизацию процесса электроформования волокон, а так же получение нетканых материалов на основе хитозана и исследование их физико-механических свойств позволит максимально эффективно, решить проблему создания перевязочного материала нового поколения для лечения обширных ожоговых поверхностей различного генеза, длительно незаживающих ран и трофических язв.

Цель диссертационной работы., Целью работы является разработка способа получения биодеградируемого нетканого материала на основе хитозана методом электроформования по растворно-капиллярной технологии для применения в медицине качестве «раневого покрытия».

Для достижения данной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать физико-химические свойства растворов хитозана в I смесях уксусная кислота-вода. Разработать оптимальные составы формовочных растворов для получения нетканых волокнистых материалов на основе хитозана с заданным диаметром волокна.

2. Исследовать влияние технологических параметров процесса электроформования для растворов хитозана, хранившихся в течение различного времени, на динамические характеристики струи, средний диаметр и распределение волокон по диаметру, а также структуру и свойства нетканых материалов на основе хитозана.

3. Провести оптимизацию параметров процесса электроформования для получения однородных бездефектных волокон с заданным диаметром.

4. Исследовать физико-механические свойства полученных нетканых материалов.

5. Наработать и передать партию материала для проведения клинических испытаний.

Научная новизна.

1. Предложена рецептура формовочного раствора на основе хитозана, уксусной кислоты и сверхвысокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО) в качестве технологической добавки, что позволило осуществлять процесс электроформования волокна на основе хитозана с содержанием технологической добавки в сухом веществе не более 1 мас.%.

2. На примере формовочного раствора на основе хитозана (ММ 200 кДа, СД 82 мольн.%) установлен предельный срок хранения формовочного раствора (2 суток) в пределах которого сохраняется хорошая волокнообразующая способность при электроформовании;волокна.

3. Впервые найдено техническое решение задачи получения волокнистых наноматериалов на основе хитозана со средним диаметром волокна 160 нм и содержанием технологической добавки в сухом веществе менее 1 мас.%. Определены диапазоны изменения параметров процесса обеспечивающие максимальную производительность процесса электроформования волокна.

4. Экспериментально найден параметр, определяющий устойчивый режим процесса электроформования волокна из растворов хитозана в уксусной кислоте, а именно диапазон значений тока, переносимого струей.

Практическая значимость.

Решена научно-техническая задача создания высокопористого материала на основе хитозана, пригодного для закрытия ожоговых поверхностей и лечения длительно не заживающих ран. Разработан также способ получения указанного материала методом электроформования из растворов по капиллярной технологии. По разработанному технологическому регламенту, на пилотной установке, произведена опытная партия материала.

Разработан ассортимент нетканых материалов на основе хитозана со средним диаметром волокон 300 нм, 400 нм, 800нм (Приложение к диссертации «Акт об изготовлении опытной партии волокнистого материала из хитозана методом электроформования волокна»).

Получен положительный результат клинических испытаний изготовленного ассортимента материалов, представляющих собой нетканое волокнистое полотно со средним диаметром волокон 300 нм, 400 нм, 800нм (Приложение к диссертации «Акт о проведении клинических испытаний»).

По результатам работы зарегистрирована заявка на выдачу патента РФ на изобретение. «Биополимерное волокно, состав формовочного раствора для его получения, способ приготовления формовочного раствора, полотно биомедицинского назначения, способ его модификации, биологическая повязка и способ лечения ран».

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и выставках:

Всероссийской молодежной выставке - конкурсе прикладных исследований, изобретений и инноваций (Саратов 2009)

Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов 2009, 2010)

Ш-ей сессии Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела (Саратов 2009)

Х-ой Всероссийской конференции по Биомеханике (Саратов 2010)

Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Прикладные аспекты химической технологии, полимерных материалов и наносистем» (Бийск 2010)

- XII всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение » (Пенза 2010)

- III всероссийской школе-семинаре студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы» (Рязань 2010)

- Международной конференции «Инновационные материалы и технологии в химической и фармацевтической отраслях промышленности с элементами научной школы для молодежи» (Москва 2010)

- IV Международной конференции «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур (Харьков 2010)

- III Всероссийской школе-семинаре для студентов, аспирантов и молодых ученых «Нанобиотехнологии: проблемы и перспективы» (Белгород 2010)

- Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания»

Иркутск 2010)

- Всероссийской конференции с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» (Казань 2010)

- VI Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург 2010)

- VIII Петряновских чтениях (Москва 2011)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 19 (8 статей в сборниках конференций) печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов научных работ, заявка на патент РФ.

Работа выполнена в рамках программ РФФИ (проект № 09-03-12193 офим), Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере («У.М.Н.И.К.» 2010).

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 143 страницах машинописного текста и включают 67 рис., 15 табл., библ.: 111 наименования.

Выводы уксус"-6"3 РЄЦЄПІУРа Ф0РМ~° раствора на основе хитозая*.

У суснои кислоты и свервЫсокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО) *

ГГГЄХНОЛОГЙЧЄСКОЙ ДОбаВКИ' ЧТ° П°— — процесс -.ороформования волокна на основе хитозана с содержанием ПЭО в сухо** веществе менее 1 мас.%.

2. Исследованы свойства растворов хитозана в смесях уксусной кислой оды в широком диапазоне концен1раций уксусноа кислоты ^ зГ ™ °~НЫМ Р—ем, О технологической ТО.***

УсГовЯВЛЯЄТСЯ СМЄСЬ С0ДЄРЖаЩаЯ 70% ™ОЙ — и 30% вод**-~Га 3аВИСИМОСТЬ ДИаМЄЧИ — - -кости *

П ГсГп ФОРМОВОЧНОГ° РаСТВОРа- Пр~ — процесса получения волокон заданного диаметра. наном!ГРВЫе НаЙДЄН° ТЄХНИЧЄСКОЄ Ре— Зада™ ™™ волокнистый содГГ^ На ОСНОВЄ С° Ч~ — І®" нм ** содержанием еокой добавки в сухом ^ і % на примере формовочного раствора на основе хитозана (ММ 200 кД^ ф11::;0 ™::гн ргомевдуемый п~ -— волокноой 0УТ0К)' В ПРЄДЄЛаХ КОТОРОГО -«тся хорошая п ІГ^ГН—45,1 —• койдес^хи-Г116 Ф0РМ0В0ЧН0Г° ™ —

ЦТ— МЄХШІИЧЄСКИЄ СВ0ЙСТВа — — волокон в слое'а — с ——

1о °ьэГН ФЗКГ УВе~ УДЄЛЬНОЙ П0В™™' иваГСГГГ С <<УМЄРЄННОЙ>> — *

До 75 м /г, в сравнении с материалами с хаотичной укладкой волокон (9 м2/г), что по-видимому связано с изменением морФоЛОГИИ поверхности волокна при механическом воздействии.

7. Наработана и передана для клинических испытаний пилотная партия разработанного волокнистого нетканого материала на основе хитозана. Материал успешно прошел клинические испытания в Саратовском центре термических поражений - ММУ «Городская больница №7». Сред#ии сРок заживления ожогов П-ША степени сокращается с 25-30 суток до 10-12 суток. Приложение к диссертации стр. №143.

Заключение:

Нетканые материалы, полученные методом электроформования волокна из раствора полимера, обладающего комплексом полезных свойств представляют собой высокопористое, высокоэластичное полифункциональное покрытие.

Разработка технологии получения данного материала на основе биосовместимого, биодеградируемого полимера (хитозана), обладающего антибактериальной активностью, чрезвычайно малой токсичностью, бактерицидной, противоопухолевой активностью, а так же растворимостью в доступных и нетоксичных растворителях, позволит удовлетворить абсолютному большинству требований предъявляемых к современным перевязочным средствам. И как следствие улучшить качество жизни больных, а также ускорить процесс регенерации поврежденных кожных покровов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1.Исходные вещества

Объектами исследования служили промышленные образцы хитозана, полученного из панциря камчатского краба, производства (ЗАО «Биопрогресс», Щелково) различной молекулярной массы, характеристика образцов приведена в табл. 1

1. Папков С.П. Физико-химические основы переработки раст&°р° полимеров / С.П. Папков. М: Химия, 1971 г. -364 с.

2. Перепелкин К.Е. Физико-химические основы процессов формов^^ химических волокон / К.Е. Перепелкин. М: Химия, 1976 г. - 320 с.

3. Aragwal S. Use of electrospinning technique for biomedical application5 Aragwal S., Wendorff J.H., Greiner A. // Polymer 2008 V.49 P.5603-5621

4. Liao S. Electrospun nanofíbers: Work for. medicine? / Liao S., Chan Ramakrishna S. // Front. Mater. Sei. China 2010 V.4(l) P.29-33

5. Скрябина К.Г. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применен^**3 Скрябина К.Г. и др. // М. Наука 2002 г. 368 с.

6. Монаков Ю.Б. Оценка клинической эффективности полпозицион^3^ пленок на основе хитозана, импрегнированных антибиотиками защиты кожного трансплантата после аутодермопластики / Монакови др. // Медицинский вестник Башкортостана 2009 №1 С. 13-16

7. Алексеева Т.П. Ранозаживляющие свойства хитозана и его сульфосукциноилпроизводных / Алексеева Т.П. и др. //Известия р^ Серия биологическая 2010 №4 С.403-410

8. Сонина А.Н. Получение нановолокнистых материалов на основе хитоз^^ методом электроформования (обзор) / Сонина А.Н. и др. //Химичес^^' волокна. 2010 №6 С.11 -17

9. Ohkawa К. Chitosan Nanofiber / Ohkawa К. et al. // Biomacromoleci* 2006. V.7, №11. P.3291 3294lO.Schiffman J.D. Cross-Linking Chitosan Nanofíbers / Schiffinan J.D., SchaxX^^ C.L. // Biomacromolecules 2007. V.8. P.594 601

10. Chen J. Preparation of biocompatible membranes by electrospinning / Cheix — et al. //Desalination 2008. V.233 P.48-54

11. US Patent 705,691 / Morton W.J., 1902.

12. US Patent 2,048,651 / Norton C.L., 1936.tented A p0

13. US Patent 2,077,373. Production of artificial fibers / Formais A" r1304.1937. ted

14. US Patent 2,109,333. Artificial fiber construction / Formais A-»2202.1938. fitoers ,

15. US Patent 2,116,942. Method and apparatus for the production °X Formais A., patented 10.05.1938.

16. Дружинин Э.А. Производство и свойства фильтрующих Петрянова из ультратонких полимерных волокон / Дружинин ИздАТ. 2007 г. -280 а

17. Филатов, Ю.Н. Электроформование волокнистых материал процесс) /Ю. Н. Филатов. М.: Нефть и Газ, 1997 г. - 297 с.

18. Петрянов, И.В. Волокнистые фильтрующие материалыфгх ^ие,

19. Петрянов, В.И. Козлов, П.И. Басманов, Б.И. Огородников -1968. 78 с. ^олей

20. Басманов, П.И. Высокоэффективная очистка газов от a^i-7 фильтрами Петрянова / П.И. Басманов, В.Н. Кириченко, Ю.Н. Ю.Л. Юров. М.: Наука, 2003 г. - 271 с. фП

21. Филатов, Ю.Н. Физико-химические основы получения матери-^аук" из термостойких полимеров и их исследование: дисс. канд. хшу^'' с. 01.04.19 / Филатов Юрий Николаевич. М., 1980. - 187 с. - Библ^-^ 181-187

22. Якушкин, М.С. Разработка термо-хемостойкого ъолок^-^^^ .^анД-фильтрующего материала ФПАД и исследование его свойств: дис?— ^^ с. -тех. наук: 05.17.15 / Якушкин Михаил Сергеевич. М., 1983.

23. Библиогр.: с. 160-165 ^*1:<с'гЬТХ

24. Шепелев, А.Д. Физико-химические основы получения волокн^^^^ ^сим. материалов из эластомеров для фильтрации жидкостей: дисс. канд--- ^ с. наук: 02.00.06 / Шепелев Алексей Дмитриевич. М., 1985. - 17< Библиогр.: с. 166-176

25. Захарьян, A.A. Получение высокопрочных материалов ФП и исследование их свойств: дисс. канд. тех. наук: 05.17.15 / Захарьян Арам Арташесович. М„ 1983. - 152 с. - Библиогр.: с. 146 -152

26. Шутов, A.A. Формирование и зарядка струй, капель и пленокслабопроводящих жидкостей в электрическом поле: автореферат диссдок. физ.-мат. наук: 02.00.04 / Шутов Алексавдр Алексеевич. Москва, 2008 — 46 с.

27. Шьбрайх Л.С. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение /альбраих Л.С. // Соросовский образовательный журнал 2001 Т.7 №1 С.51-56

28. Hayes М. Mining marine she.lfish was(es for ^^ ^^ ^ ^chitosan Part B: Applications / Hayes M. et al. // Biotechnol. J. 2008. V 3 P.878-88928John MX Bioflbres and biocomposites / John M.J., Thomas S. // Carbohydrate Polymers 2008 V.71 P.343-364

29. Muzzare.li R.A. Chitins and chitosans for the repair of wounded skin, nervecartilage and bone / Muzzarelli R.A. // Carbohydrate Polymers 2009 V 76 P. 167-182

30. Huang Z. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites / Huang Z. et al. // Composites Science and iechnology 2003 V.63 P.2223-2253

31. Honarkar H. Applications of biopolymers I: chitosan / Honarkar H„ Barikani M. //Monatsh Chem 2009 V.140 P.1403-1420

32. Kumbar S. G. Recent Patents on Electrospun Biomedical Nanostructures: An

33. Overview / Kumbar S. G. et al. // Recent Patents on Biomedical Engineering 2008'V.l P.68-78

34. Pillai C.K.S. Electrospinning of Chitin and Chitosan Nanofibres/Pillai С К s., Sharma C. P. // Trends Biomater. Artif. Organs, 2009 V. 22(3) P.175-197to the

35. Schiffman J. D. Chitin and Chitosan: Transformations Due•да and

36. Electrospinning Process / Schiffman J. D. et al. // Polymer engineer & science 2009 V.49 Is. 10 P.l918-19280pания

37. Ильина A.B. Хитозан природный полимер для формЯРаТЛнаночастиц / Ильина A.B. и др. // Доклады академии наук 2008 Т-4 С. 199-201-jjUJI I

38. Штильман М.И. Полимеры медико-биологического назна^пЛО Т.52

39. Штильман М.И. // Высокомолекулярные соединения Серия А 2О -»№9 С.1551-1569fibrous

40. Sangsanoh P. Stability Improvement of Electrospun Chitosan NarK-7^ ^ Membranes in Neutral or Weak Basic Aqueous Solutions / Sangs^10*1 Supaphol P. // Biomacromolecules 2006. V.7. P.2710 2714с acid

41. Geng X. Electrospinning of chitosan dissolved in concentrated ace^ solution / Geng X. et al. // Biomaterials 2005 V.26 P.5427-5432-¿-yX and

42. Noh H.K. Electrospinning of chitin nanofibers: Degradation behaV*-*-'x^l K Letcellular response to normal human keratinocytes and fibroblasts / Noh al. // Biomaterials 2006 V.27 P.3934-3944

43. Homayoni H. Electrospinning of chitosan nanofibers: Processing optimi^* Homayoni H. et al. // Carbohydrate Polymers 2009 V.77 P.656-661--itosan

44. Torres-Giner S. Development of Active Antimicrobial Fiber Based

45. Polysaccharide Nanostructures using Electrospinning / Torres-Giner S. //Eng. Life Sei. 2008. V.8. № 3. P.303-314al.the

46. Schiffman J. D. Chitin and Chitosan: Transformations Due ^and

47. Electrospinning Process / Schiffman J. D. et al. // Polymer engineera^^*^science V.49 Is. 10 P. 1918-1928

48. De Vrieze S. Electrospinning of chitosan nanofibrous structures: fea^^"1. S029study / De Vrieze S. et al. // Journal of material science V.42 №19 P-80341. Ability

49. Min B. Chitin and chitosan nanofibers: electrospinning of chitin anddeacetylation of chitin nanofibers / Min B. et al. // Polymer 2004 V.45 P. 7137-7142

50. Chen Z. Intermolecular interactions in electrospun collagen-chitosan complex nanofibers / Chen Z. et al. // Carbohydrate Polymers 2008 V.72 P.410-418

51. Song T. Electrospinning of zein/chitosan composite fibrous membranes /

52. Song T. et al. // Chinese Journal of Polymer Science 2010 V.28, No.2 P. 171-179

53. Penchev H. Novel Electrospun Nanofibers Composed of Polyelectrolyte

54. Complexes / Penchev H. et al.7/ Macromol. Rapid Commun. 2008 V.29 Is.8 P.677-681

55. Desai K. Effect of spinning temperature and blend ratios on electrospun chitosan/poly(acrylamide) blends fibers / Desai K., Kit K. //Polymer 2008 V.49 P.4046-4050

56. Desai K. Morphological and Surface Properties of Electrospun Chitosan Nanofibers / Desai K. et al. //Biomacromolecules 2008 V.9 P. 1000-1006

57. Klossner R.R. Correlation of Chitosan's Rheological Properties and Its Abilityto Electrospin / Klossner R.R. et al. // Biomacromolecules 2008 V.9 P.2947-2953

58. Kriegel C. Electrospinning of chitosan-poly(ethylene oxide) blend nanofibers in the presence of micellar surfactant solutions / Kriegel C. et al. // Polymer 2009 V.50 P. 189-200

59. Chang W. Electrospun Ultrafme Composite Fibers from Organic-Soluble Chitosan and Polyethylene oxide) / Chang W. et al. // Journal of Applied Polymer Science 2010 V. 117 P.2113-2120

60. Spasova M. Preparation of chitosan-containing nanofibres by electrospinning of chitosan/poly(ethylene oxide) blend solutions / Spasova M. et al. //e-Polymers 2004, no. 056

61. Duan B. Electrospinning of chitosan solutions in acetic acid9004poly(ethylene oxide) / Duan B. et al. // J. Biomater. Sei. Polymer edn, * V.15 No.6 P. 797-811 (2004)

62. Zhang J. Electrospun Core-Shell Structure Nanofibers from HomogeneoUS Solution of Polyethylene oxide)/Chitosan / Zhang J. et al. // Macromolecules 2009 V.42 P.5278-52841. L

63. Martinovâ L. Electrospun Chitosan Based Nanofibers / Martinova Lubasovä D. // RJTA 2008 V.12 No.2 P.72-79

64. Zang Y. Z. Chitosan Nanofibers from an Easily Electrospinnable

65. Doped Chitosan Solution System / Zang Y. Z. et al.' // BiomacromoleculeS 2008 V.9 P.136-141*

66. Ma G. Preparation and' characterization of composite fibers from oi"êarLlal .soluble chitosan and poly-vinylpyrrolidone by electrospinning / Ma G- tet //Front. Mater. Sei. China2010 V.4(l) P.64-69

67. Duan B. Hybrid nanofibrous membranes of PLGA/chitosan fabricated a electrospinning array / Duan B. et al., // Journal of Biomedical ResearchsPart A 2007 V.83A Is.3 P.868-878

68. Jia Y. Fabrication and characterization of poly (vinyl alcohol)/chitosarx ^ nanoWbers produced by electrospinning method / Jia Y. et. al J Carbohydrate Polymers 2007 V.67 P.403-409

69. Gholipour A. Optimization of chitosan-polyvinylalcohol e\ectrosTp^::f-xtXXn^> process by response surface methodology (RSM) /Gholipour A.,

70. H., Nouri M. // e-Polymers 2010 No. 035

71. Guiping M. Preparation and characterization of chitosan/poly(vinyl alcohol)/poly(vinyl pyrrolidone) electrospun fibers / Guiping M. et. al. // Front. Mater. Sci. China 2007 V.l(4) P.432-436

72. Zhou Y. Electrospinning of Chitosan/Poly(vinyl alcohol)/ Acrylic Acid Aqueous Solutions / Zhou Y. et. al. // Journal of Applied Polymer Science 2006 V. 102 P.5692-5697

73. Homayoni H. Influence of the Molecular Weight of Chitosan on the Spinnability of Chitosan/Poly(vinyl alcohol) Blend .Nanofibers / Homayoni H. et. al. // Journal of Applied Polymer Science 2009 V. 113 P.2507-2513

74. Tang< Ch. In Situ Cross-Linking of Electrospun Polyvinyl alcohol) Nanofibersi

75. Tang Ch. et. al. //Macromolecules 2010 V.43 No.2 P.630-637

76. Wang W. Influence of mechanical properties and permeability on chitosan nano/microfiber mesh tubes as a scaffold for nerve regeneration / Wang W. et. al. // Journal of biomedical Materials Research Part A. 2007 V.84A Is.2 P.557-566

77. Torres-Giner S. Novel antimicrobial ultrathin structures of zein/chitosan blends obtained by electrospinning / Torres-Giner S. et. al. // Carbohydrate Polymers 2009 V.77 P.261-266

78. Du J. Cellulose/chitosan hybrid nanofibers from electrospinning of their ester derivatives / Du J. et. all. // Cellulose 2009 V.16 P.247-260

79. Ai-Fu Che Chitosan-Modified Poly(acrylonitrile-co-acrylic acid) Nanofibrous Membranes for the Immobilization of Concanavalin A / Ai-Fu Che et. al. // Biomacromolecules 2008 V.9Is.l2 P.3397-3403

80. Vordan J. L. Crosslinked, Electrospun Chitosan-Poly(ethylene oxide) Nanofiber Mats / Vordan J. L. et. al. //Journal of Applied Polymer Science 2008 V. 109 P.968-975

81. Jung K. Preparation and Antibacterial Activity of PET/Chitosan Nanofibrous Mats Using an Electrospinning Technique / Jung K. et. al. // Journal of Applied Polymer Science 2007 V. 105 P.2816-2823

82. Xiumei M. Electrospun nanofibers of collagen-chitosan and P(LLA-CL) for tissue engineering / Xiumei M. et. al. // Front. Mater. Sei. China 2007 V.l(l) P.20-23

83. JANCAR J. Mechanical Response of Porous Scaffolds for Cartilage Engineering / JANCÄR J. et. al. // Physiol. Res. 2007 V.56 P. 17-25

84. Lee H. W. Polyvinyl alcohol)/Ghitosan Oligosaccharide Blend Submicrometer Fibers Prepared from Aqueous Solutions by the Electrospinning Method' / Lee H:W. et. al.//Journal of Applied Polymer Science 2009 V.lll P.132-140

85. Son B. Antibacterial Electrospun Chitosan/Poly(vinyl alcohol) Nanofibers Containing Silver Nitrate and Titanium Dioxide / Son B. et. al. // Journal of Applied Polymer Science 2009 V. 111 P.2892-2899

86. Wang W. Enhanced nerve regeneration through a bilayered chitosan tube: The effect of introduction of glycine spacer into the CYIGSR sequence / Wang W. et. al. // Journal of Biomedical Materials Research Part A 2007 V.85 A Is.4 P.919-928

87. Yang D. In Situ Mineralization of Hydroxyapatite on Electrospun Chitosan-Based Nanofibrous Scaffolds / Yang D. et. al. // Macromol. Biosci. 2008 V.8 P.239—246

88. ZZy"*" Chit0San"baSed nan°fite **formation f ^ nan°fibr°US Sa'aCt°^ted ^itosan scaffolds on ***

89. C n F T^ hePat°Cyte ag8regateS and the —- of H^rflmctton /Feng2. et. aJJ //Biomaterials 2009 V.30 P.2753-2763

90. R ari°Ular Cartila8e:' KUOlV' ^ of Biomedicsi

91. Materials Research Part Ai. 2008 V.91iA'Is.li P 377--87

92. Chitosan. Containing Nanofibrous, Scaffolds, / Vang X, et al l.

93. Biomacromolecules 2009 V.10 P 2772-2778orru Biomacromolecules.2010m M R1633-1645

94. Rep ,/ChionoM et. a.^Eng; Eife Sch 2008, V.8 No,3 P.226^37rn,SPUn NOn"WOVen! — Based: o,

95. Macromol. Biosci. 2009 V.9 p102-1119~ ^^ ^^ Biomaterials Applications / Shoichet M" Macromolecules 2010 V.43; P:581-591

96. Gholipour A. Chitosan-poly(vinyl alcohol) blend nanofibers: Morpk°^°gy' biological and antimicrobial properties / Gholipour A., Bahrami S .H., T-í°urle-Polymers 2009 No. 133

97. Jin Y. Photocrosslinked Electrospun Chitosan-Based Biocompatible

98. Jin Y. et. al. I I Journal of Applied Polymer Science; 200S P:3337-3343'th

99. Yang D. Fabrication and Characterization of Chitosan/PV>A-Hydroxyapatite Biocomposite Nanoscaffolds / Yang D. et:al., // Ja-^al"

100. Applied Polymer Science 2008 V.M0> P:3328-3335

101. Островский H.B: Новые подходы, к лечению обожжен^51"1*"1. Др.применением^ инновационных раневых покрытий / Островский Н // Материалы ежегодной, Всерос. Науч. Школы-семинара, £чДеТ°дь компьютерной,диагностики,в биологии*И'медицине Саратов 20101 С

102. Химическая энциклопедия, -в 5-ти томах.-М.:Болыпая РосС^533*01^ энциклопедия 1998 г.

103. Методика измерения механических свойств волокнистых фильтр^^1011^ и- сорбционно-фильтрующих материалов МИ-ЛА-2-01 М.1. Л.Я. Карпова 2001 11с.1. XjnRL

104. Тестер фильтров TSI модель 3160;а 1http://dustmonitors.ru/d/68562/d/tester 3160.pdf. Дата обращения:.05.0*^

105. Фомина В:И. Нестабильность водно-кислотных растворов хитс^3^13^ Фомина В.И. и др. // Современные перспективы,в исследовании хиг^1'13"113^ хитозана Матер. Седьмой Международ. Конф. : Изд-во ВНИРО 367-371и2с£?°3 с

106. Миронов А.В. Причина нестабильности вязкостных свойств уксуснокислых растворов хитозана / Миронов А.В. и др. // Высокомолек. Соед. 2007. Т.49 Б. №1 .С.136-138

107. Аскадский, А.А. Компьютерное материаловедение полимеров, т.1. Атомно-молекулярный уровень / А.А. Аскадский, В.И. Кондращенко. -М.: Научный мир, 1999 г. 544 с

108. Ван Кревелен, Д.В. Свойства и химическое строение полимеров / Д.В.

109. Ван Кревелен. пер. с англ. - М.: Химия, 1976 г. - 416 с.

110. Вихорева Г.А. Фазовое состояние и реологические свойства системы хитозан-уксусная кислота-вода / Вихорева Г.А. и др. // Высокомолек. Соед. 2001. Т.43 Б. №6 .С.1079-1084

111. Gupta P. Electrospinning of linear homopolymers of poly(methyl methacrylate): exploring relationships between fiber formation, viscosity, molecular weight and concentration in a good solvent / Gupta P. et. al. // Polymer 2005 V.46 P.4799-4810

112. Петров А.В. влияние молекулярной массы поли-n- винилпирролидона на получение ультратонких волокон методом электроформования из растворов / Петров А.В. и др. // Вестник МИТХТ 2011 т.6 № 3 С.34-39.

113. Tarep, А.А. Физикохимия полимеров / А.А. Тагер. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Научный мир, 2007 г. - 576 с.1. УГВЬРЖДАК) Ректор

114. ГО У В110 «Оараюисетш г осу ларе/венный vннвepcшe-í имени II Г. Чершл I не ве ко г о>>.1. ЬЩ^-м и1. Кое соаиЯьй1. ЛК11. Зй ll.ilкч- ■«» *00 ии отоплении онышои парши неполного волокнистою материала из хитозана мею уш ыекгроформования волокна

115. Раетерисгака исходною порошка хшогана средневхжосшая молекулярная , ~ии кДа' сгепень леицетилироваиия 82 мольн.% произведено ЗЛО «Ьисшропюсо», качес г во соот ветствуе г. ТУ 9289-067-00472124-03

116. Директор оораюва1елыю-научного института наносгрук ори биосистем доцелт. к.ф -МЛ1.1. Кирилчова Й.В.

117. Начальник огела ) тек гроформ о ва ни я полимеров1. О'альковский Ю.Н.1. Аспират1 / , < ^1'//1. Дмифисв 10 Л

118. УТВНРЖДАЮ Главный »Рач МУЗ «Городе ая\дишшческая больницапрофессор- Д-мл11. Ост ровсісиі'1. Н.В.

119. Зав. 1 ожоговым отделением к.м.н. р/ /Л Бодун Р.Д.ч / <1/