Brevet 3653383 - Éponge d'Algin et son procédé - 1972

1. Une éponge d’algine poreuse à alvéoles ouvertes comprenant au moins un alginate soluble dans l’eau et au moins un alginate insoluble dans l’eau, ladite éponge d’algine étant en outre absorbant l’eau, ladite éponge d’algine étant en outre désintégrable dans l’eau.

2. Algue à alvéoles ouvertes, éponge poreuse selon la revendication 1 sous la forme d’un récepteur médical pour des fluides biologiques.

3. L’algue à alvéoles ouvertes, une éponge poreuse selon la revendication 2, ayant une capacité d’absorption supérieure à 5 000 pour cent.

4. Une éponge d’algine comprenant au moins un alginate hydrosoluble et au moins un alginate insoluble dans l’eau,

5. L’éponge poreuse à alvéoles ouvertes de la revendication 4 sous la forme d’un récepteur médical pour des fluides biologiques.

6. Une éponge d’algine,

7. Eponge poreuse à cellules ouvertes selon la revendication 4, dans laquelle l’alginate soluble dans l’eau est l’alginate de sodium et l’alginate insoluble dans l’eau est l’alginate de calcium.

CONTEXTE DE L’INVENTION

1. Domaine de l’invention

La présente invention concerne des produits d’éponge d’algine absorbant l’eau et désintégrant l’eau ainsi que des procédés de fabrication de ceux-ci.

2. Description de l’art antérieur

Il existe depuis longtemps un besoin dans des domaines tels que la médecine et la dentisterie pour un matériau spongieux hautement absorbant qui peut absorber les fluides biologiques à un taux contrôlable et être ensuite entièrement jetable en étant dissous ou désintégré dans un excès d’eau. Diverses formes de coton et d’autres matériaux de type cellulosique ont été utilisées par le passé, mais leur capacité d’absorption est relativement limitée et, après utilisation, sont presque inévitablement éliminées par incinération, car les écoulements auront tendance à boucher le système de drainage.

U.S. Pat. Le brevet US 2 682 872 décrit un tampon de plaie hémostatique qui est à la fois absorbant l’eau et absorbant l’eau. Le tampon de plaie décrit ici est cependant limité par son matériau de construction, le sang humain et ses autres propriétés physiques indésirables, c’est-à-dire que le tampon de plaie est relativement frangible et difficile à presser dans des formes spéciales sans s’effondrer ou se briser. En outre, le procédé décrit ici pour fabriquer le tampon de plaie implique des étapes plutôt compliquées et délicates qui ne se prêtent pas facilement à une production commerciale.

U.S. Pat. Le brevet US 2 688 586 décrit une gaze chirurgicale tissée à partir de fibres d’alginate de calcium. La gaze, cependant, a à peu près la même capacité d’absorption que les autres gazes de type cellulosique et est insoluble dans l’eau.

Résumé de l’invention

En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un produit façonné amélioré absorbant l’eau et désintégrant l’eau.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé amélioré pour fabriquer des produits façonnés absorbant l’eau et désintégrant l’eau.

D’autres objets apparaîtront à la suite de ce qui suit.

Conformément à la présente invention, un agent absorbant l’eau et désintégrant l’eau, c’est-à-dire capable de se désagréger en un excès d’eau, d’éponge ou de produit semblable à une éponge, est fourni, lequel produit est constitué d’algine. De préférence, l’algin est une composition d’alginate de sodium-alginate de calcium. L’éponge d’algine peut absorber l’eau ou des solutions aqueuses à un niveau plusieurs fois son propre poids. Par exemple, l’éponge d’algine peut absorber de l’eau à un niveau allant jusqu’à 50 fois son propre poids, c’est-à-dire qu’elle peut avoir une capacité d’absorption d’environ 5 000 pour cent ou plus, tout en conservant son intégrité structurale. L’hydratation au-delà de 100% de la capacité d’absorption entraîne la désintégration ou la dissolution de la structure de l’éponge d’algine.

L’éponge d’algine de la présente invention peut être utilisée en tant que récepteurs médicaux pour des fluides biologiques. Des exemples de tels récepteurs médicaux comprennent les récepteurs lactés, fécaux, cataméniaux, des couches, obstétriques et chirurgicaux, sudatoires, urétrorrhéiques et similaires. Les produits spongieux de la présente invention peuvent également être utilisés dans les traitements de brûlures et en tant qu’éponges dentaires ou orales.

Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé est fourni pour fabriquer l’éponge d’algue absorbant l’eau et désintégrant l’eau, ce procédé comprenant la lyophilisation d’une dispersion d’algine, c.à.d. la congélation d’une dispersion d’algine et ensuite la sublimation du milieu de dispersion congelé, lequel processus produit une éponge d’algine poreuse à cellules ouvertes. De préférence, la dispersion d’algine est un gel aqueux d’alginate de sodium et d’alginate de calcium.

Selon un autre aspect du procédé de l’invention, l’éponge d’algine poreuse à alvéoles ouvertes est rendue plus souple par une étape de réhydratation.

Dans un autre aspect du procédé de l’invention, l’éponge d’algine réhydratée peut être comprimée pour réduire au moins une partie de la structure à cellules ouvertes, laquelle étape peut être utilisée pour contrôler la vitesse d’absorption d’un liquide par l’éponge d’alginine.

Encore un autre aspect du présent procédé de l’invention comprend un séchage supplémentaire de l’éponge d’algine compressée pour augmenter encore plus la capacité d’absorption.

D’autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante des modes de réalisation préférés.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES

Le produit d’algine de la présente invention peut être fabriqué à partir d’algines dispersibles dans l’eau. Les algues sont faites d’algues brunes ou de kelps, principalement du varech géant, Macrocystis pyrifera, sur la côte du Pacifique, et du varech de prêle, Laminaria digitata, sur la côte atlantique. Les algues sont produites à partir du varech par une série d’étapes comprenant l’extraction, la filtration, la précipitation, de nombreux lavages et réactions.

U.S. Pat. Les brevets US 1 778 688, 1 814 981, 1 814 986, 2 477 861 et d’autres divulguent la production de ces algines. Comme les algues sont ainsi bien connues et largement disponibles sous une forme finement divisée, leur préparation n’a pas besoin d’être discutée plus loin ici pour des raisons de concision.

Des exemples d’algines dispersibles dans l’eau qui peuvent convenir à une utilisation dans la présente invention sont des alginates hydrosolubles tels que l’alginate de sodium, l’alginate de potassium et l’alginate d’ammonium. D’autres alginates hydrosolubles comprennent l’alginate de magnésium, l’alginate d’éthanolamine, l’alginate de propanolamine, l’alginate de butanolamine et l’acétate d’alginine. Les phospo-alginates et l’alginate de propylène glycol peuvent également convenir. Des mélanges ou des sels multiples de ce qui précède peuvent également convenir.

De préférence, on utilise des compositions d’algine dispersibles dans l’eau qui sont gélifiables. La formation de gels aqueux au moyen d’alginates est bien connue. Par exemple, des procédés pour produire de tels gels sont décrits dans le brevet U.S. N ° 2 420 308, 3 349 079 et 3 386 921.

Il est bien connu comme indiqué ci-dessus et comme indiqué dans les brevets mentionnés ci-dessus, que les gels d’alginate aqueux ou les compositions formant un gel peuvent être préparés en utilisant les alginates hydrosolubles susmentionnés avec l’addition de certains sels insolubles. Les procédures pour produire des compositions gélifiantes comprennent le mélange de 50 à 20% d’un alginate insoluble dans l’eau finement broyé tel que l’alginate de calcium avec de 50 à 80% d’un alginate hydrosoluble finement broyé tel que l’alginate de sodium. D’autres alginates insolubles dans l’eau comprennent les alginates de baryum, cuivre, zinc, nickel, aluminium, étain, manganèse, plomb, fer, strontium, cadmium, mercure et cobalt.

D’autres compositions d’alginate formant un gel comprennent un alginate ayant 0,25 à 0,45 équivalent de calcium ayant réagi par équivalent d’acide alginique, les 0,55 à 0,75 équivalents dudit acide étant sensiblement tous réagis avec une source de cation qui produira un sel soluble dans l’eau avec de l’acide alginique. De telles sources de cations comprennent le sodium, le potassium et l’ammoniac.

De préférence, les compositions d’alginate formant un gel utilisées dans la présente invention sont des compositions d’alginate de calcium et de sodium qui peuvent être préparées comme décrit ci-dessus.

Les dispersions ou gels d’alginate peuvent être préparés en ajoutant progressivement les compositions d’alginate décrites ci-dessus à de l’eau chaude ou froide sous agitation. Si désiré, la dispersion de la composition d’alginate peut être facilitée en la mélangeant avec une quantité, par exemple 100 à 500%, d’un autre ingrédient en poudre sèche tel que sucre ou amidon ou en le mouillant avec une quantité de 100 à 500%, de glycérine ou d’alcool avant l’addition à l’eau.

La dispersion ou le gel d’alginate peut être formé en dispersant de 0,5 à 10%, de préférence de 0,5 à 5%, et le plus préférablement de 1 à 2% en poids de la composition d’alginate dans l’eau. La température de l’eau au moment de la dispersion peut être légèrement supérieure au point de congélation ou légèrement inférieure au point d’ébullition de l’eau, de préférence d’environ 10 à 30 ° C, et de préférence est d’environ 25 ° C.

La dispersion ou le gel aqueux d’algine est ensuite lyophilisé, c’est-à-dire que la dispersion ou le gel est soumis à des conditions telles que le milieu de dispersion gèle puis se sublime.

Par exemple, la dispersion ou le gel d’algine aqueuse peut être congelé à des températures inférieures à environ -2 ° C. De préférence, la congélation est effectuée au-dessous de -20 ° C, par exemple de -20 à -40 ° C, ce qui peut entraîner Produit d’éponge d’alginate de forme finale moins friable, considéré comme étant dû à la nature des cristaux de glace formés aux basses températures.

Après la congélation, le milieu de dispersion congelé, c’est-à-dire la glace, est sublimé à partir de la structure congelée, ce qui donne le produit d’éponge d’algue poreuse à cellules ouvertes. Toute température et pression peuvent être utilisées, ce qui entraîne une sublimation de la glace. Des conditions appropriées peuvent être commodément obtenues à partir d’un diagramme de phase pour l’eau. Voir, par exemple, pages 456 à 458, de Barrow’s Physical Chemistry, McGraw-Hill (1961). Par exemple, des conditions de vide inférieures à environ 4 mm Hg, par exemple d’environ 0,1 à 1 mm Hg, et de préférence d’environ 0,2 à 0,5 mm Hg, à des températures de chambre inférieures à 0 ° C, et de préférence de -10 ° à -30 ° C. ., peut être utilisé. La sublimation doit continuer pendant un temps suffisant pour donner au produit final d’éponge d’algine une teneur en humidité globale ou moyenne inférieure à 10%, de préférence inférieure à 5%, et de manière préférée entre toutes inférieure à 2%. Les temps particuliers, bien sûr, varient avec les conditions particulières de sublimation, afin de ne pas laisser de taches humides dans le produit. De tels points humides, lorsqu’ils sont séchés à l’air ou au four, peuvent provoquer la déformation ou le rétrécissement du produit façonné final, et devenir cassants et presque imperméables à l’endroit où de tels points humides existaient.

Après lyophilisation, l’éponge d’algine résultante a normalement une structure poreuse à cellules ouvertes. Il peut être décrit comme une dispersion déshydratée ou une structure de gel. La masse volumique apparente de l’éponge d’algine peut varier d’environ 0,01 à 1 g / cm3 et est normalement comprise entre 0,02 et 0,1 g / cm3. La capacité d’absorption du produit d’éponge d’algine pour l’eau ou les solutions aqueuses peut être supérieure à 5000% en poids, à savoir le produit d’éponge d’algine peut absorber de l’eau ou des solutions aqueuses en quantités supérieures à 50 fois son propre poids. La capacité d’absorption peut, dans certains cas, atteindre 9 000% en poids. Bien sûr, dans certaines applications, une telle capacité d’absorption extrêmement élevée peut ne pas être nécessaire. Dans de telles applications, une capacité d’absorption inférieure, par exemple aussi faible que 3 000 pour cent en poids, peut convenir.

L’hydratation au-delà de 100% de la capacité d’absorption entraîne la désintégration de la dissolution de l’éponge d’algine pour une élimination facile.

La taille des cellules ouvertes ou des pores dans l’éponge d’algine est généralement proportionnelle à la concentration d’alginate dans la dispersion ou le gel de départ.

L’éponge d’algine poreuse à cellules ouvertes résultante peut ensuite être réhydratée à une teneur en humidité comprise entre 5 et 90%, de préférence entre 10 et 50%, pour rendre le produit spongieux plus souple et moins cassant. Bien entendu, la densité du produit réhydraté est ainsi augmentée proportionnellement.

La réhydratation peut être accomplie en traitant le produit d’éponge d’algine poreux dans une chambre à vide avec de la vapeur pendant environ 5 à 30 secondes, et de préférence d’environ 10 à 20 secondes, et à des pressions de chambre comprises entre environ 1 mm Hg et 30 mm Hg. environ 10 à 20 mm Hg, de préférence à intervalles de 1 à 5 minutes, de préférence 3 minutes, sur une durée totale d’environ 5 à 60 minutes et de préférence d’environ 10 à 30 minutes et de préférence d’environ 15 à 20 minutes .

Après réhydratation, l’éponge d’algine réhydratée peut être comprimée pour affaisser au moins une partie de la structure à alvéoles ouvertes, ce qui conduit à une vitesse d’absorption contrôlée. Ce taux pour l’eau à température ambiante peut varier d’environ 100 à 5 000 ou plus, et plus normalement d’environ 300 à 3 000% en poids par minute. Par exemple, l’éponge d’algine réhydratée peut être comprimée entre des rouleaux ou plateaux coopérants à des températures de 5 à 200 ° C et de préférence de 120 à 150 ° C. En général, des températures plus élevées tendent à augmenter la densité à une pression appliquée donnée. . Le produit comprimé peut avoir une densité comprise entre 0,01 et 1 g / cm3 ou plus.

Après compression, l’éponge d’algine compressée peut être encore séchée pour éliminer l’humidité afin de donner au produit comprimé une plus grande capacité d’absorption. De préférence, le séchage supplémentaire est une procédure de lyophilisation telle que décrite ci-dessus. L’éponge d’algine comprimée est de préférence séchée à une teneur en humidité inférieure à 10%, de préférence inférieure à 5%, et de manière préférée entre toutes environ 1% ou moins. La densité de l’éponge d’algine à ce point est diminuée proportionnellement.

La présente invention est davantage illustrée par les exemples suivants. Toutes les parties et pourcentages dans les exemples et tout au long de la description sont en poids sauf indication contraire.

Exemple I

Une composition d’alginate formant un gel est préparée conformément au brevet U.S. US 3 349 079 en mettant en suspension de l’acide alginique aqueux à environ 20% de solides avec de l’alcool isopropylique pour donner un mélange de parties égales d’eau et d’alcool. La préparation d’acide alginique aqueux ou humide, en soi, est bien connue de l’homme de l’art et est décrite, par exemple, dans le brevet U.S. No. 1 814 981. A la bouillie préparée, on ajoute le carbonate de calcium en une quantité qui neutralise 35% de l’acide alginique, et le mélange résultant est agité soigneusement pendant environ 20 minutes. Au mélange résultant, on ajoute une quantité suffisante de bicarbonate de sodium pour neutraliser, c’est-à-dire pour obtenir un pH neutre, les 65% restants de l’acide et l’agitation sont poursuivis pendant 20 minutes. Après l’achèvement du mélange des ingrédients susmentionnés, le produit fibreux résultant est pressé pour éliminer l’alcool et l’eau. Le produit est ensuite séché pendant une heure et demie à 50 ° C dans un séchoir à plateaux. Ensuite, le produit séché résultant est broyé à environ 80 mesh dans un broyeur Wiley.

Un gel à 2% est formé en dispersant rapidement 2 parties de la composition d’alginate ci-dessus dans 100 parties d’eau à environ 25 ° C avec une agitation à vitesse élevée à 7 000 tr / min par un mélangeur de type Waring. Le gel très visqueux résultant est ensuite étalé à une épaisseur d’environ 1 pouce sur un plateau couramment utilisé dans les procédés de lyophilisation. Le plateau est placé dans un congélateur à environ -35 ° C pendant environ 3 heures, après quoi le gel se solidifie complètement. Après congélation, le gel congelé est placé dans la chambre d’un séchoir à vide sous vide classique et séché pendant 20 heures à une température de la chambre de -25 ° C et sous une pression de 0,3 millimètre de mercure. Pour assurer l’uniformité du séchage, le produit est ainsi lyophilisé à une teneur en humidité d’environ 1%. L’éponge d’algine poreuse à cellules ouvertes résultante a une densité d’environ 0,02 g / cm3 et une capacité d’absorption de l’eau supérieure à 5 000%.

Exemple II

Une partie du produit d’algin lyophilisé de l’exemple I est uniformément hydratée à un taux d’humidité d’environ 10%. L’hydratation est effectuée en plaçant le produit d’algin lyophilisé dans une chambre à vide à 15 mm de Hg et en le traitant avec de la vapeur pendant 15 secondes à des intervalles de 3 minutes sur une durée totale de 15 minutes. Le produit d’éponge d’algine réhydraté résultant est plus souple que le produit de l’exemple I, ce qui est avantageux lorsque l’éponge d’algine doit se conformer à une forme particulière.

Exemple III

Le produit d’éponge d’algine hydratée de l’exemple II est comprimé à partir d’une épaisseur d’environ 2,5 cm jusqu’à une épaisseur d’environ 0,2 cm en utilisant des rouleaux de compression chauffés à une température de 140 ° C pour modifier la vitesse d’absorption de l’éponge d’algine. L’éponge d’algine comprimée est ensuite renvoyée dans le séchoir par congélation sous vide et de nouveau séchée jusqu’à une teneur en humidité d’environ 1%.

Le produit final a une densité de 0,5 g / cm3 et une capacité d’absorption supérieure à 5 000%.

Exemple IV

Pour montrer les effets uniques de la lyophilisation, une partie du gel préparé dans l’exemple I est étalé sur une épaisseur d’environ 1 pouce sur un plateau et placé dans un séchoir à four à environ 120 ° C et à la pression atmosphérique pendant environ 10 heures. . Le produit séché au four résultant a une teneur en humidité d’environ 1%, mais une capacité d’absorption d’environ un cinquième seulement de l’éponge d’algine lyophilisée produite dans l’exemple I. En outre, le produit séché au four a une structure amorphe dense ne ressemblant pas la structure poreuse à cellules ouvertes du produit lyophilisé.

Exemple V

Environ 2,4 grammes, une feuille d’environ 2,5 x 2,5 x 20 cm, du produit d’éponge d’algine lyophilisé résultant de l’exemple I, sont placés dans un bécher contenant 175 ml. de l’eau. En environ 2 minutes, toute l’eau est absorbée par le produit semblable à une éponge qui a gonflé ou s’est développé mais qui a toujours une intégrité structurale.

Pour montrer la vitesse d’absorption modifiée du produit comprimé de l’exemple III, environ 2,4 grammes, une feuille d’environ 2,5 x 10 x 0,2 cm, est placée dans un bécher contenant 175 ml. de l’eau. En environ 20 minutes, toute l’eau est absorbée par le produit semblable à une éponge.

Ainsi, le taux d’absorption du produit non comprimé est de 87,5 ml / min, tandis que celui du produit comprimé est de 8,75 ml / min.

Exemple VI

Une brûlure au troisième degré du tissu cutané humain entraîne l’émission de liquide provenant de la surface brûlée au cours de la période de cicatrisation précoce. Un pansement médical comprenant une partie de l’éponge d’algine de l’exemple I est placé directement sur la surface brûlée, et absorbe la suintement mais n’adhère pas au tissu nouveau tendre lors de l’enlèvement du pansement. Après utilisation, le pansement éponge est éliminé en le désintégrant dans un excès d’eau et en l’évacuant dans un drain.

Les principes, les modes de réalisation préférés et les modes de fonctionnement de la présente invention ont été décrits dans la spécification précédente. Cependant, l’invention qui est destinée à être protégée ici ne doit pas être considérée comme limitée aux formes particulières décrites, car celles-ci doivent être considérées comme illustratives plutôt que restrictives. Des variations et des modifications peuvent être apportées par l’homme de l’art sans sortir de l’esprit de la présente invention.