RU2806060C1 - Method of obtaining surgical suture materials with antibacterial properties by atomic layer deposition - Google Patents

Method of obtaining surgical suture materials with antibacterial properties by atomic layer deposition Download PDF

Info

Publication number
RU2806060C1
RU2806060C1 RU2022131342A RU2022131342A RU2806060C1 RU 2806060 C1 RU2806060 C1 RU 2806060C1 RU 2022131342 A RU2022131342 A RU 2022131342A RU 2022131342 A RU2022131342 A RU 2022131342A RU 2806060 C1 RU2806060 C1 RU 2806060C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antibacterial
layer deposition
atomic layer
surgical suture
surgical
Prior art date
Application number
RU2022131342A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Абай Маликовна Максумова
Садина Тарлановна Хидирова
Мустафа Закарьяевич Магомедов
Райсанат Омариевна Цахаева
Магомед Ахмедович Хамидов
Разин Мирзекеримович Рагимов
Наида Муртазаниевна Абдуллаева
Азиз Ильмутдинович Абдулагатов
Ильмутдин Магамедович Абдулагатов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Цифровые платформы"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Цифровые платформы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Цифровые платформы"
Application granted granted Critical
Publication of RU2806060C1 publication Critical patent/RU2806060C1/en

Links

Abstract

FIELD: application of atomic layer deposition (ALD) nanotechnology in medicine and veterinary medicine.
SUBSTANCE: invention relates to the development of a method for producing surgical sutures with an antibacterial nanocoating. A method of producing surgical suture materials with antibacterial properties is proposed, the said method includes applying an antibacterial functional nanomaterial, a titanium-vanadium oxide nanofilm (TiVOx), 12 nm thick, to the surface of a polypropylene surgical suture by atomic layer deposition (ALD). Titanium tetrachloride (TiCl4), vanadium oxytrichloride (VOCl3) and water (H2O) are used as precursors for ACO TiVOx. The temperature at which ASO is carried out is 80°C.
EFFECT: developed method makes it possible to obtain an antibacterial coating on the surface of surgical suture materials with good adhesion.
1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области применения нанотехнологии атомно-слоевого осаждения (АСО) в медицине и ветеринарии, а точнее к разработке способа получения хирургических шовных материалов с антибактериальным нанопокрытием. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для борьбы с инфекциями в области хирургических вмешательств.The invention relates to the field of application of atomic layer deposition (ALD) nanotechnology in medicine and veterinary medicine, and more precisely to the development of a method for producing surgical suture materials with antibacterial nanocoating. The invention can be most effectively used to combat infections in the area of surgical interventions.

Сущность изобретения: для получения хирургических швов с антибактериальными свойствами на полипропиленовый шовный материал методом атомно–слоевого осаждения наносится титан – ванадиевая оксидная (TiVOx) нанопленка толщиной 12 нм. Предварительно на полипропиленовый шовный материал методом АСО наносится оксид алюминия (Al2O3) толщиной 5 нм для улучшенной адгезии антибактериального наноматериала к его поверхности. В качестве прекурсоров для этого процесса используются триметилалюминий (TMA, Al(CH3)3) и вода (H2O). В качестве прекурсоров для получения титан-ванадиевой оксидной нанопленки (TiVOx) используются тетрахлорид титана (TiCl4), оксотрихлорид ванадия (VOCl3) и вода (H2O). АСО проводится в вакуумной установке для атомно- и молекулярно-слоевого осаждения при температуре 80°С. The essence of the invention : to obtain surgical sutures with antibacterial properties, a titanium-vanadium oxide (TiVO x ) nanofilm 12 nm thick is applied to polypropylene suture material using the atomic layer deposition method. Previously, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) with a thickness of 5 nm is applied to the polypropylene suture material using the ALD method for improved adhesion of the antibacterial nanomaterial to its surface. Trimethylaluminum (TMA, Al(CH 3 ) 3 ) and water (H 2 O) are used as precursors for this process. Titanium tetrachloride (TiCl 4 ), vanadium oxotrichloride (VOCl 3 ) and water (H 2 O) are used as precursors for the production of titanium-vanadium oxide nanofilm (TiVO x ). ALD is carried out in a vacuum installation for atomic and molecular layer deposition at a temperature of 80°C.

Техническим результатом изобретения является способ улучшения функциональных свойств хирургических шовных материалов за счет нанесения на них антибактериальных наноматериалов на основе титан-ванадиевой оксидной (TiVOx) нанопленки. Нанесение нанопленки TiVOx толщиной 12 нм на шовный материал осуществляется методом атомно-слоевого осаждения с использованием тетрахлорида титана (TiCl4), оксотрихлорида ванадия (VOCl3) и воды (H2O) при температуре 80 °С. Данное покрытие имеет прочную адгезию к шовному материалу за счет поэтапного наращивания пленки с использованием поверхностных химических реакций, что дает такие преимущества, как безопасность (стабильность), долговечность и высокая эффективность покрытия. The technical result of the invention is a method for improving the functional properties of surgical suture materials by applying antibacterial nanomaterials based on titanium-vanadium oxide (TiVO x ) nanofilm to them. A TiVO x nanofilm 12 nm thick is applied to the suture material using the atomic layer deposition method using titanium tetrachloride (TiCl 4 ), vanadium oxotrichloride (VOCl 3 ) and water (H 2 O) at a temperature of 80 °C. This coating has strong adhesion to the suture material due to the gradual growth of the film using surface chemical reactions, which provides advantages such as safety (stability), durability and high efficiency of the coating.

Аналоги Analogues

Медицинские шовные материалы часто способствуют распространению инфекций в области хирургических вмешательств (ИОХМ), поэтому хирургические шовные материалы с антибактериальным покрытием получают все большее распространение в хирургической практике. Традиционные материалы, используемые в клинических условиях, часто вызывают вторичные осложнения, такие как инфекция, реакция на инородное тело или хроническое воспаление. Покрытие шовных материалов антисептиками широкого спектра действия способно внести существенный вклад в решении проблемы инфекций в области хирургических вмешательств (ИОХВ). Medical suture materials often contribute to the spread of surgical site infections (SSIs), so surgical suture materials with antibacterial coating are becoming increasingly common in surgical practice. Traditional materials used in clinical settings often cause secondary complications such as infection, foreign body reaction, or chronic inflammation. Coating suture materials with broad-spectrum antiseptics can make a significant contribution to solving the problem of surgical site infections (SSIs).

Шовные материалы делятся на рассасывающиеся и не рассасывающиеся. От качества, химического состава и структуры шовного материала зависит реакция тканей на его имплантацию. При их изготовлении используются различные материалы, в том числе производные животного происхождения (коллаген), синтетические полимеры (полиглактин 910), плетеные (шелк) и мононити (нейлон) [1].  Не рассасывающиеся шовные материалы могут способствовать накоплению инфекции в месте осуществления хирургического вмешательства, и длительное нахождение таких швов в организме может привести к хроническим бактериальным осложнениям, не поддающимся лечению обычными антибиотиками (D.J. Hess и др., 2011; Balasubramaniam B. и др., 2021) [2-3]. Suture materials are divided into absorbable and non-absorbable. The tissue reaction to its implantation depends on the quality, chemical composition and structure of the suture material. They are made using a variety of materials, including animal derivatives (collagen), synthetic polymers (polyglactin 910), woven (silk) and monofilament (nylon) [1]. Non-absorbable sutures can contribute to the accumulation of infection at the surgical site, and prolonged exposure of such sutures in the body can lead to chronic bacterial complications that cannot be treated with conventional antibiotics (D.J. Hess et al., 2011; Balasubramaniam B. et al., 2021 ) [2-3].

Объем мирового рынка антибактериальных покрытий оценивался в 8,1 миллиарда долларов в 2020 году и, как ожидается, будет расти со среднегодовым темпом роста 13,1% с 2021 по 2028 год. А объем потребления хирургических шовных материалов на российском рынке в 2011 г. составил около 1,6 млн. упаковок. The global antibacterial coatings market size was valued at $8.1 billion in 2020 and is expected to grow at a CAGR of 13.1% from 2021 to 2028. And the volume of consumption of surgical suture materials on the Russian market in 2011 amounted to about 1.6 million packages.

Существует два метода покрытия хирургического шовного материала антибактериальным агентом: There are two methods of coating surgical suture material with an antibacterial agent:

1) помещение в раствор, содержащий противомикробный агент, до тех пор, пока он не свяжется или не впитается в изделие; 1) placing in a solution containing an antimicrobial agent until it binds or is absorbed into the product;

2) покрытие полимерной матрицей, содержащей антимикробные агенты.2) coating with a polymer matrix containing antimicrobial agents.

В области шовных хирургических материалов самым широко востребованным и апробированным антимикробным агентом является антисептик широкого спектра действия — триклозан. Он действует на грамположительную и грамотрицательную флору, вследствие чего проявляет и фунгицидую активность. Однако по причине экотоксичности продуктов его окисления в настоящее время существует тенденция к созданию шовных материалов с низким содержанием триклозана. In the field of suture surgical materials, the most widely used and proven antimicrobial agent is the broad-spectrum antiseptic triclosan. It acts on gram-positive and gram-negative flora, as a result of which it also exhibits fungicidal activity. However, due to the ecotoxicity of its oxidation products, there is currently a tendency to create suture materials with a low triclosan content.

Наиболее распространенный способ получения антибактериальных шовных материалов описан в патенте (патент US 20040185250). Данный способ включает в себя два этапа. Сначала хирургический шовный материал рассасывающегося типа на основе лактомера 9-1 обрабатывают 2% раствором триклозана. Затем подвергают сушке при температуре 65°C в течение 2 минут. Далее обработанные триклозаном шовные материалы пропитывают смесью, содержащей, равные части гликолида-лактида с стеаратом кальция с разными концентрациями триклозана. В качестве растворителя используют дихлорметан. Недостатки данного метода заключаются в высокой концентрации триклозана в растворе, невозможности контроля его содержания в полученном шовном материале, использовании органического растворителя, усложняющего поддержание концентрации рабочего раствора и проведение процесса пропитки, а также в использовании в составе пропитки гликолида-лактида, повышающего жесткость нити (изменяет исходные свойства нити). The most common method for producing antibacterial suture materials is described in a patent (US patent 20040185250). This method includes two stages. First, absorbable surgical suture material based on lactomer 9-1 is treated with a 2% triclosan solution. Then dry at 65°C for 2 minutes. Next, triclosan-treated suture materials are impregnated with a mixture containing equal parts of glycolide-lactide with calcium stearate with different concentrations of triclosan. Dichloromethane is used as a solvent. The disadvantages of this method are the high concentration of triclosan in the solution, the impossibility of controlling its content in the resulting suture material, the use of an organic solvent, which complicates maintaining the concentration of the working solution and the impregnation process, as well as the use of glycolide-lactide in the impregnation composition, which increases the rigidity of the thread (changes initial properties of the thread).

Известен способ получения волокон и тканых материалов, содержащих триклозан, путем их обработки сложными эфирами триклозана – ацетата, пропионата, бензоата, нитробензоата, гексаноата триклозана (Патент US 6299651). Недостатками способа являются высокий расход триклозана и невозможность его контролируемого внедрения в материал.There is a known method for producing fibers and woven materials containing triclosan by treating them with triclosan esters - acetate, propionate, benzoate, nitrobenzoate, triclosan hexanoate (US Patent 6299651). The disadvantages of this method are the high consumption of triclosan and the impossibility of its controlled introduction into the material.

Известен хирургический шовный материал с антибактериальными свойствами, полученный пропиткой антимикробным препаратом с последующим нанесением оболочки из полиуретана (патент US 4024871). Недостатком данного хирургического шовного материала является использование полиуретана в качестве оболочки, так как он является относительно дорогостоящим полимером. Кроме того, при использовании подобных хирургических шовных материалов с антибактериальными свойствами их активность снижается быстрее, чем происходит процесс заживления раны.Surgical suture material with antibacterial properties is known, obtained by impregnation with an antimicrobial agent followed by application of a polyurethane sheath (US patent 4024871). The disadvantage of this surgical suture material is the use of polyurethane as a sheath, since it is a relatively expensive polymer. In addition, when such surgical suture materials with antibacterial properties are used, their activity decreases faster than the wound healing process.

В последнее время в качестве альтернативы триклозану успешно апробирован антисептик хлоргексидин, который активен против большинства патогенов, вызывающих инфекции в месте хирургических вмешательств. На сегодняшний день есть много исследований по внедрению хлоргексидина в шовные материалы (Andreas Obermeier и др., 2014). Obermeier А. и др. пропитывали шовные материалы, изготовленные из полигликолевой кислоты, противомикробным раствором, приготовленным путем растворения в 99,8% этаноле жирных кислот (пальмитиновой и лауриновой) и хлогексидина. В качестве пропитки были использованы 2 типа растворов: диацетат хлоргексидина в составе лауриновой и диацетат хлоргексидина в составе пальмитиновой кислот. Шовные материалы пропитывали полученными растворами лаурата и пальмитата хлоргексидина. Недостатками способа является длительное время пропитки и сушки изделий [4].Recently, as an alternative to triclosan, the antiseptic chlorhexidine has been successfully tested, which is active against most pathogens that cause infections at the site of surgical interventions. To date, there are many studies on the introduction of chlorhexidine into suture materials (Andreas Obermeier et al., 2014). Obermeier A. et al. impregnated suture materials made from polyglycolic acid with an antimicrobial solution prepared by dissolving fatty acids (palmitic and lauric) and chlorhexidine in 99.8% ethanol. Two types of solutions were used as impregnation: chlorhexidine diacetate containing lauric acid and chlorhexidine diacetate containing palmitic acid. Suture materials were impregnated with the resulting solutions of chlorhexidine laurate and palmitate. The disadvantages of this method are the long impregnation and drying time of products [4].

Известен способ получения медицинских изделий, содержащих триклозан, путем их обработки многокомпонентным раствором, содержащим до 5% триклозана, до 5% хлоргексидина и до 5% полиуретана необходимого для контролируемого высвобождения антимикробного агента (патент US 20010024661). Недостатками способа являются длительное время пропитки и сушки изделий, (до 60 минут и 3 дней, соответственно), использование метанола, являющегося ядовитым, в качестве одного из растворителей, а также необходимость высокой концентрации триклозана. There is a known method for producing medical products containing triclosan by treating them with a multicomponent solution containing up to 5% triclosan, up to 5% chlorhexidine and up to 5% polyurethane necessary for the controlled release of an antimicrobial agent (US patent 20010024661). The disadvantages of this method are the long impregnation and drying time of products (up to 60 minutes and 3 days, respectively), the use of methanol, which is toxic, as one of the solvents, and the need for a high concentration of triclosan.

Известен способ придания антибактериальных свойств хирургическим шовным материалам (патент РФ №2278693), сущность которого заключается в пропитке хирургического шовного материала раствором азотнокислого серебра с последующим химическим восстановлением пропитавшего шовный материал соединения до металлического серебра в щелочном растворе формальдегида. Затем производят промывку шовного материала с целью удаления остаточного содержания реагентов. Несмотря на то, что остатки реагентов после процесса восстановления отмывают, из полученного шовного материала при помещении его в водную среду выделяется формалин (II группа опасности (высокоопасные вещества)) в концентрации до 0,1 мг/л, что превышает его ПДК почти вдвое. Также металлическое серебро, восстановленное из нитрата серебра, обладает меньшим антибактериальным эффектом, по сравнению с наночастицами серебра.There is a known method of imparting antibacterial properties to surgical suture materials (RF patent No. 2278693), the essence of which is to impregnate the surgical suture material with a solution of silver nitrate, followed by chemical reduction of the compound that has impregnated the suture material to metallic silver in an alkaline solution of formaldehyde. Then the suture material is washed to remove residual reagents. Despite the fact that the remaining reagents are washed off after the recovery process, formaldehyde (hazard group II (highly hazardous substances)) is released from the resulting suture material when placed in an aquatic environment in a concentration of up to 0.1 mg/l, which is almost twice its maximum permissible concentration. Also, metallic silver reduced from silver nitrate has a lesser antibacterial effect compared to silver nanoparticles.

Прототип и его недостатки The prototype and its shortcomings

В качестве прототипа предлагаемого способа приводится патент РФ 2517121C2. Данный способ заключается в том, что суспензией, приготовленной путем смешивания порошкообразного серебра с размерами частиц 300-500 мкм и порошкообразного диоксида титана в соотношении 1:30 с дистиллированной водой до концентрации комплекса TiO2-Ag 2,5-3 мг/кг., обрабатывают хирургический шовный материал в ультразвуковой ванне (WUC-A06H) с частотой колебаний 20-30 кГц в течение 30-60 минут и высушивают 6-8 часов при температуре 50-70°C в сушильном шкафу. На один метр хирургического шовного материала наносят 70-80 мг суспензии. Способ позволяет исключить развитие послеоперационных осложнений в виду длительного сохранения антибактериальных свойств шовного материала.RF patent 2517121C2 is given as a prototype of the proposed method. This method consists of a suspension prepared by mixing powdered silver with particle sizes of 300-500 microns and powdered titanium dioxide in a ratio of 1:30 with distilled water to the concentration of the TiO complex2-Ag 2.5-3 mg/kg, surgical suture material is treated in an ultrasonic bath (WUC-A06H) with an oscillation frequency of 20-30 kHz for 30-60 minutes and dried for 6-8 hours at a temperature of 50-70°C in an oven. 70-80 mg of suspension is applied to one meter of surgical suture material. The method eliminates the development of postoperative complications due to the long-term preservation of the antibacterial properties of the suture material.

Для тестирования антибактериальных свойств шовного материала, пропитанного суспензией, содержащей комплекс TiO2-Ag, готовили суспензию микроорганизмов рода Streptococcus в физиологическом растворе концентрацией 500 млн. КОЕ/мл. В приготовленную суспензию помещали отрезки исследуемого шовного материала длиной 5 см. Через 5 мин. шовный материал извлекали из суспензии микроорганизмов и высушивали в стерильных чашках Петри. Затем исследуемый шовный материал помещали в пробирки с 5 мл мясопептонного агара (МПА). В качестве контроля использовали раствор МПА. Пробирки помещали в термостат (t=37 °C). Через 24 часа от начала опыта производили учет результатов по изменению оптической плотности МПА на спектрофотометре «Multiskan». Максимальный антибактериальный эффект наблюдался у хирургического шовного материала с нанесенной суспензией наночастиц серебра с диоксидом титана, а нить с нанесенным металлическим серебром, исследованная для сравнения, проявила незначительные антибактериальные свойства. To test the antibacterial properties of suture material impregnated with a suspension containing the TiO 2 -Ag complex, a suspension of microorganisms of the genus Streptococcus was prepared in a physiological solution with a concentration of 500 million CFU/ml. Pieces of the test suture material 5 cm long were placed into the prepared suspension. After 5 min. the suture material was removed from the suspension of microorganisms and dried in sterile Petri dishes. Then the suture material under study was placed in test tubes with 5 ml of meat peptone agar (MPA). An MPA solution was used as a control. The tubes were placed in a thermostat (t=37 °C). After 24 hours from the start of the experiment, the results of changes in the optical density of MPA were recorded on a Multiskan spectrophotometer. The maximum antibacterial effect was observed in surgical suture material coated with a suspension of silver nanoparticles with titanium dioxide, and a thread coated with metallic silver, studied for comparison, showed insignificant antibacterial properties.

Критика прототипа Criticism of the prototype

Способ получения хирургического шовного материала с антибактериальными свойствами для снижения гнойно–воспалительных процессов в месте хирургических вмешательств, который предложен для прототипа, заключается в том, что хирургический шовный материал в ультразвуковой ванне обрабатывают суспензией, содержащей наночастицы серебра и субмикронные частицы диоксида титана.The method for producing surgical suture material with antibacterial properties to reduce purulent-inflammatory processes at the site of surgical interventions, which is proposed for the prototype, is that the surgical suture material in an ultrasonic bath is treated with a suspension containing silver nanoparticles and submicron particles of titanium dioxide.

Недостатки данного способа по сравнению с предлагаемой нами технологией атомно-слоевого осаждения:The disadvantages of this method compared to the atomic layer deposition technology we offer:

1. Плохая адгезия к субстрату, приводящая к недолговечности покрытия (не стабильность покрытия), в отличие от АСО, в основе которого лежит технология поэтапного наращивания пленки с использованием поверхностных химических реакций, что дает такие преимущества, как долговечность (стабильность) и высокая эффективность покрытия;1. Poor adhesion to the substrate, leading to the fragility of the coating (not stable coating), in contrast to ACO, which is based on the technology of step-by-step film growth using surface chemical reactions, which provides such advantages as durability (stability) and high coating efficiency ;

2. Небезопасность. Вследствие отсутствия адгезии материала к субстрату с течением времени из такого шовного материала начнут десорбироваться частицы тяжелых металлов и проникать в организм. Этого можно избежать при использовании технологии АСО, так как на поверхности полипропиленового шовного материала образуется равномерная нанопленка, которая не деградирует со временем и вероятность попадания ионов металлов в ткани (диффузия в организм), подвергшихся хирургическому вмешательству, здесь минимизируется;2. Insecurity. Due to the lack of adhesion of the material to the substrate, over time, particles of heavy metals will begin to desorb from such suture material and penetrate into the body. This can be avoided when using ASO technology, since a uniform nanofilm is formed on the surface of the polypropylene suture material, which does not degrade over time and the likelihood of metal ions entering the tissue (diffusion into the body) undergoing surgical intervention is minimized here;

3. Неравномерность и неконформность покрытия, вследствие пропитки шовного материала суспензией диоксида титана, содержащего наночастицы серебра (TiO2-Ag). В АСО происходит равномерное осаждение (100 % конформность покрытия) нанопленок на шовный материал с контролем их состава и толщины на атомарном уровне;3. Unevenness and non-conformity of the coating due to impregnation of the suture material with a suspension of titanium dioxide containing silver nanoparticles (TiO 2 -Ag). In ALD, uniform deposition (100% coating conformality) of nanofilms onto the suture material occurs with control of their composition and thickness at the atomic level;

4. Дороговизна. Использование наночастиц серебра для увеличения антибактериальной активности TiO2 экономически невыгодно, вследствие дороговизны серебра. Предлагаемый нами подход прецизионного легирования оксида титана атомами ванадия на основе АСО позволяет активировать его антибактериальные свойства при солнечном свете за счет смещения области активации TiO2 в видимую область спектра, а прекурсоры, использующиеся для этого (TiCl4, VOCl3 и H2O) коммерчески доступнее и их можно синтезировать в лабораторных условиях.4. Expensive. The use of silver nanoparticles to increase the antibacterial activity of TiO 2 is not economically profitable due to the high cost of silver. Our proposed approach of precision doping of titanium oxide with vanadium atoms based on ASO allows us to activate its antibacterial properties in sunlight by shifting the activation region of TiO 2 to the visible region of the spectrum, and the precursors used for this (TiCl 4 , VOCl 3 and H 2 O) are commercially available more accessible and can be synthesized in the laboratory.

Целью данного изобретения является разработка способа улучшения функциональных свойств хирургических шовных материалов за счет нанесения на них антибактериальных наноматериалов на основе титан-ванадиевой оксидной (TiVOx) нанопленки, полученной методом атомно-слоевого осаждения, с целью предотвращения инфекций в области хирургического вмешательства. The purpose of this invention is to develop a method for improving the functional properties of surgical suture materials by applying antibacterial nanomaterials based on titanium vanadium oxide (TiVO) to them.x) nanofilm obtained by atomic layer deposition method in order to prevent infections in the surgical area.

Пример конкретного выполнения способаAn example of a specific implementation of the method

Способ получения титан-ванадиевой оксидной АСО пленки, обладающей антибактериальными свойствами, на полипропиленовом хирургическом шовном материале состоит из следующих этапов: The method for producing titanium-vanadium oxide ASO film with antibacterial properties on polypropylene surgical suture material consists of the following steps:

1. Очищение и обезжиривание поверхности шовного материала изопропанолом; 1. Cleaning and degreasing the surface of the suture material with isopropanol;

2. Помещение шовного материала в камеру вакуумной АСО установки (фиг. 1) и ее нагрев до температуры 80 °С;2. Placing the suture material in the chamber of a vacuum ASO installation (Fig. 1) and heating it to a temperature of 80 °C;

3. Атомно-слоевое осаждение Al2O3 с использованием триметилалюминия (ТМА) и H2O; 3. Atomic layer deposition of Al 2 O 3 using trimethylaluminum (TMA) and H 2 O;

Предварительное нанесение АСО пленки Al2O3 на полипропиленовый шовный материал позволяет добиться лучшей адгезии TiVOx на его поверхность, вследствие создания дополнительных реакционных групп и лучшего роста пленки на них. Процесс атомно-слоевого осаждения Al2O3, состоящий из повторяющихся поверхностных реакций между ТМА и H2O, можно представить следующим образом:Preliminary application of an Al 2 O 3 ALD film on a polypropylene suture material makes it possible to achieve better adhesion of TiVO x to its surface due to the creation of additional reaction groups and better film growth on them. The process of atomic layer deposition of Al 2 O 3 , consisting of repeated surface reactions between TMA and H 2 O, can be represented as follows:

Реакция А: ](–OH)x * + Al(CH3)3 (г) → ](–O)x–Al(CH3)3-x * + xCH4 (г) Reaction A: ](–OH) x * + Al(CH 3 ) 3 (g) → ](–O) x –Al(CH 3 ) 3-x * + xCH 4 (g)

Реакция В: ](–O)x–Al(CH3)3-x * + H2O (г) → ](–O)x–Al(OH)x * + (3-x)CH4 (г),Reaction B: ](–O) x –Al(CH 3 ) 3-x * + H 2 O (g) → ](–O) x –Al(OH) x * + (3-x)CH 4 (g ),

где ] — поверхность; * — поверхностные реакционные группы; x — доля лигандов, оставшихся после дозирования прекурсоров; CH4 — газообразный продукт реакций.where ] is the surface; *—surface reactive groups; x is the proportion of ligands remaining after dosing the precursors; CH 4 is the gaseous product of reactions.

Время напуска и продувки прекурсоров во время одного цикла атомно-слоевого осаждения Al2O3 обозначали как: t1/t2/t3/t4, где t1 ̶ время напуска ТМА; t2, t4 время продувки; t3 время напуска H2O. Для нанесения 5 нм АСО Al2O3 использовали 50 циклов с временными параметрами 2/30/2/30 секунд.The time of injection and purging of precursors during one cycle of atomic layer deposition of Al 2 O 3 was denoted as: t 1 /t 2 /t 3 /t 4 , where t 1 is the time of TMA injection; t 2 , t 4 purge time; t 3 H 2 O infusion time. To deposit 5 nm Al 2 O 3 ALD, 50 cycles with time parameters of 2/30/2/30 seconds were used.

5. Атомно-слоевое осаждение антибактериальной TiVOx нанопленки с использованием TiCl4, VOCl3 и H2O.5. Atomic layer deposition of antibacterial TiVO x nanofilm using TiCl 4 , VOCl 3 and H 2 O.

Процесс подачи реагентов для данного процесса, который составлял один АСО суперцикл, показан на фигуре 2. Согласно данной схеме осаждения, после напуска TiCl4 на поверхности образуется монослой титаноксохлоридных групп, а напуск паров H2O приводит к замещению ионов хлора (Cl) на гидроксильные группы (ОН), которые в дальнейшем вступают в реакцию с VOCl3. После этого на поверхности образуется монослой ванадийоксохлоридных групп, а напуск паров H2O приводит к регенерации поверхностных гидроксильных групп. Данный суперцикл повторяется заданное количество раз, в зависимости от требуемой толщины пленки. Для получения АСО пленки TiVOx толщиной 12 нм проводили 50 АСО суперциклов с временными параметрами процесса 2/30/2/30/2/30/2/30 секунд. Время напуска и продувки прекурсоров во время одного суперцикла атомно-слоевого осаждения TiVOx обозначали как: t1/t2/t3/t4/ t5/ t6/ t7/t8, где t1 ̶ время напуска TiCl4; t2, t4, t6, t8 время продувки; t5- время напуска VOCl3; t3, t7 – время напуска H2O.The process of supplying reagents for this process, which amounted to one ALD supercycle, is shown in Figure 2. According to this deposition scheme, after injecting TiCl 4 a monolayer of titanium chloride groups is formed on the surface, and injecting H 2 O vapor leads to the replacement of chlorine ions (Cl ) by hydroxyl groups (OH) - , which subsequently react with VOCl 3 . After this, a monolayer of vanadium oxochloride groups is formed on the surface, and the injection of H 2 O vapor leads to the regeneration of surface hydroxyl groups. This supercycle is repeated a specified number of times, depending on the required film thickness. To obtain an ALD TiVO x film 12 nm thick, 50 ALD supercycles were performed with process time parameters of 2/30/2/30/2/30/2/30 seconds. The time of injection and purging of precursors during one supercycle of atomic layer deposition of TiVO x was denoted as: t 1 /t 2 /t 3 /t 4 / t 5 / t 6 / t 7 /t 8 , where t 1 is the time of injection of TiCl 4 ; t 2 , t 4 , t 6 , t 8 purge time; t 5 - VOCl 3 injection time; t 3 , t 7 – H 2 O injection time.

Для тестирования антибактериальных свойств хирургических шовных материалов готовили суспензию микроорганизмов штамма E.Coli в физиологическом растворе концентрацией 500 млн. КОЕ/мл. По 5 мл данной суспензии высеивали на мясопептонный агар (МПА) в стерильных чашках Петри. В приготовленные среды помещали отрезки исследуемого шовного материала длиной 2 см. После этого чашки Петри помещали в термостат (t=37 °C). Через 24 часа производили наблюдение за зоной роста вокруг шовного материала. В случае хирургической нити с антибактериальным покрытием зона отсутствия роста (зона подавления колонизаций бактерий) оказалась больше чем у не покрытой нитки, что свидетельствует об антибактериальном эффекте данного шовного материала, по сравнению с образцом, где покрытие отсутствовало.To test the antibacterial properties of surgical suture materials, a suspension of E.Coli microorganisms was prepared in a physiological solution with a concentration of 500 million CFU/ml. 5 ml of this suspension was sown on meat peptide agar (MPA) in sterile Petri dishes. Pieces of the test suture material 2 cm long were placed in the prepared media. After this, the Petri dishes were placed in a thermostat (t=37 °C). After 24 hours, the growth zone around the suture material was observed. In the case of a surgical thread with an antibacterial coating, the zone of no growth (zone of suppression of bacterial colonization) was larger than that of an uncoated thread, which indicates the antibacterial effect of this suture material, compared to the sample where there was no coating.

1. Infection after spinal surgery and procedures / A. Di Martino, R. Papalia, E. Albo [et al.] // Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. – 2019 – №23 – P. 173–178. – URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6469318/ (дата обращения: 07.11.2022).1. Infection after spinal surgery and procedures / A. Di Martino, R. Papalia, E. Albo [et al.] // Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. – 2019 – No. 23 – P. 173–178. – URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6469318/ (access date: 11/07/2022).

2. Gentamicin promotes Staphylococcus aureus biofilms on silk suture / D.J. Hess, M.J.H. Stanley, C.L. Wells [et al.] // J. Surg. Res. – 2011 – №2 – P. 302–308. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21816417/ (дата обращения: 07.11.2022).2. Gentamicin promotes Staphylococcus aureus biofilms on silk suture / D.J. Hess, M.J.H. Stanley, C.L. Wells [et al.] // J. Surg. Res. – 2011 – No. 2 – P. 302–308. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21816417/ (access date: 11/07/2022).

3. Antibacterial and antiviral functional materials: Chemistry and biological activity toward tackling COVID-19-like pandemics / В. Balasubramaniam, Prateek, S. Ranjan [et al.] // ACS Pharmacol. Transl. Sci. – 2021 – №3-4 – P. 54. – URL: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsptsci.0c00174 (дата обращения: 08.11.2022).3. Antibacterial and antiviral functional materials: Chemistry and biological activity toward tackling COVID-19-like pandemics / V. Balasubramaniam, Prateek, S. Ranjan [et al.] // ACS Pharmacol. Transl. Sci. – 2021 – No. 3-4 – P. 54. – URL: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsptsci.0c00174 (access date: 11/08/2022).

4. Novel High Efficient Coatings for Anti-Microbial Surgical Sutures Using Chlorhexidine in Fatty Acid Slow-Release Carrier Systems / A. Obermeier, J. Schneide, S. Wehner // Plos One. – 2014 – V. 9. – № 7. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24983633/#affiliation-1 (дата обращения: 08.11.2022).4. Novel High Efficient Coatings for Anti-Microbial Surgical Sutures Using Chlorhexidine in Fatty Acid Slow-Release Carrier Systems / A. Obermeier, J. Schneide, S. Wehner // Plos One. – 2014 – V. 9. – No. 7. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24983633/#affiliation-1 (access date: 11/08/2022).

Claims (1)

Способ получения хирургических шовных материалов с антибактериальными свойствами на поверхности полипропиленовой хирургической нити, включающий в себя нанесение на них антибактериального функционального наноматериала - титан-ванадиевая оксидная нанопленка (TiVOx) толщиной 12 нм, с использованием тетрахлорида титана (TiCl4), окситрихлорида ванадия (VOCl3) и воды (H2O), на основе метода атомно-слоевого осаждения при температуре 80 °С. A method for producing surgical suture materials with antibacterial properties on the surface of a polypropylene surgical thread, which includes applying an antibacterial functional nanomaterial to them - titanium-vanadium oxide nanofilm (TiVO x ) 12 nm thick, using titanium tetrachloride (TiCl 4 ), vanadium oxytrichloride (VOCl 3 ) and water (H 2 O), based on the atomic layer deposition method at a temperature of 80 °C.
RU2022131342A 2022-12-01 Method of obtaining surgical suture materials with antibacterial properties by atomic layer deposition RU2806060C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806060C1 true RU2806060C1 (en) 2023-10-25

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2278693C1 (en) * 2004-11-03 2006-06-27 Александр Дмитриевич Максимов Method of making surgical thread or tissue
RU2517121C2 (en) * 2012-08-21 2014-05-27 Государственное научное учреждение Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ИЭВСиДВ Россельхозакадемии) Method for improving quality of surgical suture
CN106075542A (en) * 2016-06-16 2016-11-09 湖州科达化工燃料有限公司 A kind of operation suture thread of anti-inflammation
CN108904869A (en) * 2018-07-20 2018-11-30 南通纺织丝绸产业技术研究院 A kind of suture and preparation method thereof with natural antibacterial drug slow release function
RU2756124C1 (en) * 2020-09-14 2021-09-28 Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Дагестанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации Даггосмедуниверситет Method for improving the functional properties of mesh implants for hernial plasty
RU2770277C1 (en) * 2021-08-23 2022-04-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) Method for increasing the quantity and antibacterial activity of silver nanoparticles on a silk suture material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2278693C1 (en) * 2004-11-03 2006-06-27 Александр Дмитриевич Максимов Method of making surgical thread or tissue
RU2517121C2 (en) * 2012-08-21 2014-05-27 Государственное научное учреждение Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ИЭВСиДВ Россельхозакадемии) Method for improving quality of surgical suture
CN106075542A (en) * 2016-06-16 2016-11-09 湖州科达化工燃料有限公司 A kind of operation suture thread of anti-inflammation
CN108904869A (en) * 2018-07-20 2018-11-30 南通纺织丝绸产业技术研究院 A kind of suture and preparation method thereof with natural antibacterial drug slow release function
RU2756124C1 (en) * 2020-09-14 2021-09-28 Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Дагестанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации Даггосмедуниверситет Method for improving the functional properties of mesh implants for hernial plasty
RU2770277C1 (en) * 2021-08-23 2022-04-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) Method for increasing the quantity and antibacterial activity of silver nanoparticles on a silk suture material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АБДУЛАГАТОВ А.И. и др. Атомно-слоевое осаждение и термические превращения титан-ванадиевых оксидных тонких пленок. Журнал прикладной химии, 2021, т.94, вып.7, с.835-848. G. KEVIN HYDE et al., Atomic Layer Deposition of Titania on Cellulose Acetate for Enhanced Hemostasis. Biotechnol J. 2011 February ; 6 (2): 213-223. doi:10.1002/biot.201000342. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Plasma surface modification of poly vinyl chloride for improvement of antibacterial properties
Zhang et al. Antibacterial properties of plasma-modified and triclosan or bronopol coated polyethylene
Dubas et al. Tunning of the antimicrobial activity of surgical sutures coated with silver nanoparticles
CA2589618C (en) Antimicrobial silver compositions
US5534288A (en) Infection-resistant surgical devices and methods of making them
EP1742530B1 (en) Antimicrobial coating for inhibition of bacterial adhesion and biofilm formation
Gallo et al. Efficacy of silver coated surgical sutures on bacterial contamination, cellular response and wound healing
CN102392344B (en) Method for preparing medical high polymer material by adopting magnetron sputtering technology
Shubha et al. Ex-situ fabrication of ZnO nanoparticles coated silk fiber for surgical applications
JP4528507B2 (en) Antibiotic-polymer combinations and uses thereof
WO2010052191A2 (en) Coated solid pliant materials
Canal et al. Studies on antibacterial dressings obtained by fluorinated post-discharge plasma
CN102671239A (en) Method for preparing broad-spectrum antibacterial effect chitosan nano composite gel coating
CN106756898A (en) The preparation method of antibacterial hydrophobic ZnO nanorod
CA2133686C (en) Infection-resistant surgical devices and methods of making them
WO2010052190A2 (en) Wound dressings
US9723843B2 (en) Family of silver (I) periodate compounds having broad microbial properties
US20210112816A1 (en) Plasma immobilization of bacteriophages and applications thereof
RU2806060C1 (en) Method of obtaining surgical suture materials with antibacterial properties by atomic layer deposition
Li et al. Controllable deposition of Ag nanoparticles on various substrates via interfacial polyphenol reduction strategy for antibacterial application
US11871750B2 (en) Antimicrobial biocompatible co-doped magnesium oxide nanocomposite compositions
WO2014138885A1 (en) Polymeric coatings having antimicrobial properties
CN111705347B (en) Method for preparing titanium nanotube iodine coating by chemical vapor deposition method and application
CN113925986B (en) Medical instrument sterilization and antibiosis co-processing method and intelligent medical instrument
RU2457001C2 (en) Polyurethane catheter with antimicrobial coating, method for preparing antimicrobial coating on polyurethane products and method for producing polyurethane catheters with antimicrobial coating