Біосумісні неткані матеріали на основі хітозану

БІОСУМІСНІ НЕТКАНІ МАТЕРІАЛИ НА ОСНОВІ ХІТОЗАНУ

BIOCOMPATIBLE NONWOVEN MATERIALS BASED ON CHITOSAN

Сторінки: 72-76. Номер: №3, 2019 (273)
Автори:
О.В. ІЩЕНКО, В.П. ПЛАВАН, І.О. ЛЯШОК
Київський національний університет технологій та дизайну
O.V. ISHCHENKO, V.P. PLAVAN, I.O. LIASHOK
Kyiv National University of Technologies and Design
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-273-3-72-76
Рецензія/Peer review : 09.05.2019 р.
Надрукована/Printed : 02.06.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

У даній роботі досліджено процеси отримання біосумісних нетканих матеріалів методом електроформування на лабораторній установці капілярного типу. Визначені основні параметри елекроформування і морфологічні характеристики одержаних волокон на основі хітозану з додаванням антисептичних препаратів. Встановлено оптимальну напругу електричного поля (30 кВ) та відстань між електродами (9–11 см) для отримання волокон з хітозану з додаванням біосумісного полівінілового спирту та полівінілацетату. В результаті досліджень морфологічних особливостей отриманих волокон методом растрової електронної мікроскопії доведено, що при визначених параметрах електроформування отримуються волокна з діаметром від 0,4 до 0,9 мкм. В результаті визначення статистичного розподілу полімерних волокон у нетканому матеріалі за діаметром встановлено, що 11–20 % волокон мають діаметр 0,4-0,5 мкм, які характеризуються нанорозмірами.
Ключові слова: електроформування, біосумісні волокна, неткані матеріали, хітозан.

Розширена анотація англійською мовою

The object of research is biocompatible composite nanofiber nonwoven materials with antiseptic properties, obtained by the electrospinning method. One of the most problematic places is the creation of a nonwoven biocompatible composite material with antiseptic and bac-tericidal properties; it has not previously been converted into fibers by electrospinning through high energy and financial costs. The composition of biocompatible polymers is used: chitosan, polyvinyl acetate (PVAC) and polyvinyl alcohol (PVA). The electro-spinning method on the capillary type laboratory installation with a «bottom-up» solution is proposed for the production of nonwoven polymeric materials. Biocompatible composite nonwovens with antiseptic properties are obtained. This is due to the fact that the proposed method of electrospinning allows to obtain nonwoven materials with a certain statistical distribution of fibers, has several features when a solution of chitosan in lactic, formic, аcetic acids and antiseptic  drugs  is introduced into the composition. The parameters of electrospinning have been determined and morphological characteristics of the received chitosan-based fibers with addition of antiseptic drugs have been studied. The optimum voltage of the electric field of 30 kV and the distance between the electrodes 9-11 cm are found for obtaining chitosan fibers with the addition of biocompatible polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate. As a result of investigations of morphological features for the obtained fibers by raster electron microscopy, it has been proved that fibers with a diameter of 0.4 to 0.9 μm can be obtained at the determined electrospinning parameters. The distribution of polymer fibers in a nonwoven material by diameter shows that 11-20% of fibers have a diameter of 0.4 – 0.5 μm, which are characterized by nanosizes. A part of the fibers obtained in the laboratory installation of capillary electrospinning correspond to the area of nano-dimensions, which opens up prospects for obtaining biocompatible nanofibers with antiseptic and fungicidal properties. Therefore, the production of polymer biocompatible nonwovens by electrospinning can be used to create therapeutic systems.
Key words: electrospinning, biocompatible fibers, nonwoven materials, chitosan.

References

1. Davtyan L.L. Polimernye materialy i medicinskie plenki / L.L. Davtyan // Lіki Ukraїni. – 2000. – № 7-8. – S. 52–55.
2. Davtian L.L. Tekhnolohichna liniia vyrobnytstva likarskykh plivok / L.L. Davtian, A.L. Davtian // Farm. Zh. – 2003. – № 3. – S. 88–92.
3. Liao S. Electrospun nanofibers: Work for medicine? / S. Liao, C.K. Chan, S. Ramakrishna // Front. Mater. Sci. China. – 2010. – Vol. 4, № 1. – P. 29–33.
4. Prokopchuk N. R. Elektroformovanie nanovolokon iz rastvora hitozana (obzor) / N. R. Prokopchuk, Zh. S. Shashok, D. V. Prischepenko, V. D. Melamed // Polimernye materialy i tehnologii – 2015. – T. 1, № 2. – C. 36–56.
5. Aragwal S. Use of electrospinning technique for biomedical applications / S. Aragwal, J.H. Wendorff, A. Greiner // Polymer. – 2008. – Vol. 49. – P. 5603–5621.
6. Chitosan chemistry and pharmaceutical perspectives / M. N. Kumar, R. A. Muzzarelli, C. Muzzarelli [et al.] // Chem. Rev. – 2004. – Vol. 104, N 12. – P. 6017–6084.
7. Gal’brayh L.S. Hitin i hitozan: stroenie, svoystva, primenenie / L.S. Gal’brayh // Sorovskiy obrazovatel’nyy zhurnal. – 2001. – T. 7, № 1. – S. 51–56.
8. Prokopchuk N. R. Elektroformovanie nanovolokon iz rastvora hitozana (obzor) / N. R. Prokopchuk, Zh. S. Shashok, D. V. Prischepenko, V. D. Melamed // Polimernye materialy i tehnologii. – 2015. – T. 1. № 2. – S. 36–56.
9. Koliada M. Characterisation of electrospun fibers made of PVA or PVAc and collagen derivative / M. Koliada, O. Ishchenko, V. Plavan and V. Bessarabov // Vlakna a textile. – 2018. – Vol. 25 (2). – P. 48–52.
10. Ishchenko O. Producing of nonwoven materials by electrospinning of biocompatible polymers with chitosan addition / O. Ishchenko, V. Plavan, I. Resnytskyi, I. Liashok // Tekhnolohycheskyi audyt y rezervы proyzvodstva. – 2018. – № 5/3(43). – C. 4–7.
11. Yu J.H. The Role of Elasticity in the Formation of Electrospun Fibers / J.H. Yu, S.V. Fridrikh, G.C. Rutledge // Polymer. – 2006. – V. 47 (13). – P. 4789–4797.
12. Ohkawa K. Chitosan Nanofiber / K. Ohkawa, K.-I. to Mina // Biomacromolecules. – 2006. – V. 7. – P. 3291–3294.
13. Duan B. Electrospinning of chitosan solutions in acetic acid with poly(ethylene oxide) / B. Duan, C. Don // J. Biomater Sci. Polymer Ed. – 2004. – V. 15 (6). – P. 797–811.
14. Lou C-W. Preparation of polyethylene oxide/chitosan fiber membranes by electrospinning and the evaluation of biocompatibility / C-W. Lou, J-H. Lin // Text. Res. J. – 2008. – V. 78 (3). – P. 254–257.
15. Zhang Y. Preparation of electrospun chitosan/poly (vinyl alcohol) membranes / Zhang Y., Huang X. e.a. / Colloid. Polymer Sci. – 2007. – V. 285 (8). – P. 855–863.
16. Isaiev S.H. Syntez ta antymikrobna aktyvnist pokhidnykh 5-nitro-9- N – R -akrydynu / S. H. Isaiev, O. O. Pavlii, O. O. Ohirenko, A. O. Tkach, N. O. Volkova // Visnyk farmatsii. – 2000. – № 2. – S. 7–10.
17. Ishchenko O.V. Vykorystannia pokhidnykh akrydynu dlia stvorennia novykh biolohichno aktyvnykh materialiv / O.P. Sumska, N.V. Panchenko, O.V. Ishchenko // Syntez i analiz biolohichno  aktyvnykh  rechovyn i likarskykh  substantsii : tezy dopovidei Vseukr. nauk.-prakt. konf. z mizhnar. uchastiu, prysviachenoi 80-richchiu z dnia narodzhennia doktora farmatsevtychnykh nauk, profesora O. M. Haidukevycha (12-13 kvitnia 2018 r.). – Kh. : NFaU, 2018. – S. 188–189.
18. Perez J., Pascau J. Image processing with ImageJ, Packt Publishing Ltd. 2013. 140 p.
19. Hill, T., Lewicki, P. Statistics: methods and applications : a comprehensive reference for science, industry, and data mining, StatSoft Inc., 2006. 832 p.
20. Tehnologiya Nanospider™ [Elektronnyy resurs] // Elmarko. – Rezhim dostupa : http://www.elmarco.com/electrospinning/key-features-of-nanofibers/