Сорбционные свойства карбонизованных сорбентов медицинского назначения

Химия поверхности этих адсорбентов, отлич­ная от химии поверхности классических активированных углей, может оказать существенное влияние на резуль­таты их использования, например, в качестве средств для очистки крови. В связи с этим, весьма целесообраз­ной представляется разработка углеродных гемосорбентов с повышенной анионообменной и катионообменной емкостью, позволяющих, во-первых, более дифференцированно подходить к задачам поглощения токсинов, в механизмах сорбции которых участвуют как диспер­сионные, так и электростатические взаимодействия и, во-вторых, проводить определенную коррекцию кислот­но-основного и электролитного баланса [77].

Углеродные гемосорбенты должны, вероятно, обла­дать не только высокой поглотительной способностью по отношению к токсинам различного происхождения, но и соответствовать общим требованиям к материа­лам, работающим в соприкосновении с кровью [78]. Среди активированных углей, полученных на основе природ­ного сырья, таких адсорбентов нет, и применяться для прямого контакта с кровью без дополнительных покры­тий они, строго говоря, не могут. Более перспективным с нашей точки зрения является использование для ге­мосорбции активированных углей, приготовленных на основе синтетических полимеров. Эти углеродные сор­бенты в настоящей главе будут рассмотрены отдельно.

Активированные угли, получаемые из растительного сырья, уже сравни­тельно давно используются в медицинской практике. Так, древесный уголь является основным компонентом адсорбирующих средств типа «Карболен», применяемых перорально [79]. В качестве адсорбентов для очистки крови и регенерации диализной жидкости за рубежом нашли распространение угли, приготовляемые из скорлупы кокосовых орехов [32]. В клинической практике отечественного здравоохранения для прямого контакта с кровью (гемосорбции) ранее использовался березовый акти­вированный уголь БАУ [46].

Среди основных требований, предъявляемых к углеродным адсорбен­там медицинского назначения, помимо высокой сорбционной емкости следует, очевидно, выделить такие важные показатели, как механическая прочность и химическая чистота. Ввиду этого единственный в стране серийно выпускаемый уголь из растительного сырья - БАУ [64], содержащий до 8% золы и обладающий неудовлетворительной механической прочностью (показатель не регламентируется), постепенно утратил свое значение как гемосорбент, уступив место активным углям с лучшими характеристиками, приготовляемым на основе ископаемого сырья (торфа и бурого угля) — ИГИ и СКТ-6А, а также углям СКН, получаемым из синтетических смол. Анализируя, однако, клинический опыт применения углеродных гемосорбентов, можно заключить, что угли БАУ, обладающие сильно развитыми макропорами, должны обладать опреде­ленным преимуществом перед иными гемосорбентами в отношении погло­щения крупномолекулярных токсинов (белковых комплексов). Более того, развитая макропористость является, по-видимому, харак­терной для углей, получаемых из сырья растительного происхождения.

Учитывая тот факт, что угли из скорлупы орехов и косточек плодов обладают, как правило, большей прочностью по сравнению с древесным углём [35; 48], авторами был разработан и предложен гемосорбент на основе косточкового активированного угля КАУ, который успешно прошел экспериментальную клиническую апробацию и рекомендован к медицинскому применению.

В этой работе представлены результаты изучения пористой струк­туры активированных углей КАУ и определен диапазон их физико-меха­нических и адсорбционных характеристик.

Для исследования были выбраны образцы углей КАУ, полученные парогазовым методом активации (водяным паром при температуре 850 °С) с прогрессирующей степенью обгара, на основании которой можно судить о степени уменьшения насыпной плотности и прочности, а также о перераспределении гранулометрического состава сорбента в результате активирования угля-сырца КАУ.

Исследование перестройки структуры микропор при активировании было выполнено нами в рамках разработанных Дубининым [7; 8] представлении о микропористых зонах. В соответствии с этой моделью кристаллиты углерода в активированных углях не могут находиться в изо­лированном состоянии; они контактируют и срастаются, образуя микро­пористые зоны. В этих зонах имеются микропоры, которые подразделяются на внутрикристаллитные щелевидной формы и межкристаллитные, стенками которых являются призматические грани [49]. Микропористые зоны частью своей внешней поверхности образуют поверхность более крупных мезо- и макропор, несущих в основном транспортную функцию. Представлены рассчитанные параметры модели микропористой структуры и микропористых зон углей КАУ-40—КАУ-100. Несмотря на упрощенный характер модели, ее анализ дает четкие представления о формировании микроструктуры углей КАУ на разных стадиях активирования. Так, можно видеть, что прогрессирующая активация ведет к воз­растанию полуширины щелей микропор, радиуса их круглого основания и соответственно объема единичных микропор. В свою очередь число кристаллитов и число микропор в единичной микропористой зоне при переходе от образца КАУ-40 к КАУ-100 резко уменьшается. При этом сначала (до 50% обгара) отмечается укрупнение размеров кристаллитов и микропористых зон, а в дальнейшем (после 50% обгара) отмечается дробление микропористых зон при сохранении размера кристаллитов. Относительно объемов микропористых зон можно сказать, что их значи­тельное увеличение наблюдается при высоких степенях обгара; при этом резко возрастает доля межкристаллитных микропор, а их вклад в общий объем может достигать почти 50% (образец КАУ-100). Весьма интересной представляется возможность определения величин геометрической поверх­ности микропор в связи с установившимся мнением о ненадежности пря­мых методов определения удельной поверхности пор микропористых сор­бентов [78].

В соответствии со сложившимися медико-техническими требованиями к углеродным гемосорбентам для медицинского использования следует рекомендовать угли КАУ средней и в некоторых случаях высокой степени активирования.

Сорбционные методы лечения всё шире внедряются в медицину. Одним из наиболее интересных подходов является применение сорбентов для лечения ран и ожогов, кожных заболеваний. Отличительной особенностью аппликационной терапии является обеспечение повышенной концентрации лекарственных веществ в зоне поражения кожных покровов [45; 43]. Кроме того, сорбционная иммобилизация лечебных препаратов на различных носителях во многих случаях позволяет создать лекарственные формы пролонгированного действия, преимущества которых несомненны [79]. Успех получения таких форм зависит от выбора носителя, способа фиксации препарата на поверхности и метода стабилизации полученного продукта [79].

Закрепление биологически активных соединений на носителях осуществляется с помощью разнообразных химических реакций. В работе [52] проведена сравнительная характеристика сорбентов различной природы. В качестве оптимального носителя для иммобилизации антибиотиков аминогликозидного ряда широкого спектра действия – канамицина сульфата и стрептомицина сульфата, выбраны применяющиеся в клинической практике активированный углеродный войлок на основе волокна “Мтилон”, активированная ткань “АУВМ Днепр – МН”, активированный углеродный нетканый материал “Волна” [56; 57], а также органо-кремнеземные сорбенты силикополиметилсилоксана состава 30:70% масс. (СГ–ПМС) и модифицированная ионами алюминия формы (СГ – ПМС – М).

В работе [80] исследована возможность синтеза углеродного энтеросорбента на основе карбонизованного берёзового луба. Полученный материал показал высокую эффективность в лечении острых кишечных инфекций у животных и дисбактериозов, вызванных применением антибиотиков.