MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ Přírodovědecká fakulta Ústav chemie Modifikace celulózy pro medicinální účely BAKALÁŘSKÁ PRÁCE zkrácená verze Brno 2010 Veronika Švachová

2 PODĚKOVÁNÍ Děkuji RNDr. Milanu Albertimu, Csc. za odborné vedení a řešení problémů při tvorbě bakalářské práce, prof. RNDr. Miloši Klímovi, DrSc za pomoc při řešení experimentální části bakalářské práce. Poděkování patří i RNDr. Heleně Nejezchlebové Ph.D za provedení mikrobiologických testů a ing. Petru Nasadilovi z TZÚ Brno za přípravu koloidního stříbra. Také bych chtěla poděkovat všem mým blízkým za velkou podporu

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Modifikace celulózy pro medicinální účely vypracovala samostatně s pouţitím uvedené literatury. datum Veronika Švachová - 3 -

4 Anotace Tato bakalářská práce se zabývá aplikací koloidního stříbra na plazmatem aktivovanou bělenou celulózu. V teoretické části je zahrnuta rešerše o struktuře a vlastnostech celulózy a o jejím vyuţití ve zdravotnictví, dále jsou zde uvedeny informace o plazmatu a stříbru. V experimentální části je popsána pouţitá aparatura a způsob vyhodnocení vzorků. Abstract This thesis deals with application of colloidal silver on plasma activated bleached cellulose. The theoretical part includes search about the structure and properties of cellulose and its using in medicine, as well as find information about plasma and silver. The experimental section describes apparatus and method of evaluation samples

5 OBSAH ÚVOD I. Teoretická část Celulóza Historie celulózy Vlastnosti celulózy Degradace celulózy Pouţití celulózy Oxycelulóza Pouţití oxycelulózy Formy oxycelulózy Výroba oxycelulózy Tkáňová lepidla Methylcelulóza(MC); hydroxymethylcelulóza(hpmc) Bakteriální celulóza Karboxylovaná mikrokrystalická celulóza Hemostatika z celulózy Bavlna Viskóza Výrobky firmy Hartmann-rico a.s Stříbro- Argentum- Ag Výskyt stříbra Vlastnosti stříbra Antibakteriální stříbro Vlastnosti antibakteriálního stříbra Nanostříbro Pouţití antibakteriálního stříbra Reaktivita stříbra

6 2.6 Pouţití stříbra Plazma Chemické procesy plazmatu Plazmové výhody [9] Aplikace plazmatu [9] Plazma v medicíně Mechanismus plazmové sterilizace Plazmová tuţka II. Experimentální část (jedná se o zkrácenou verzi, str nejsou k dispozici) Pouţité chemikálie a materiály Pouţité přístroje Pouţitá aparatura Příprava vzorků Experimentální podmínky Úprava vzorků Analýza vzorků pomocí mikrobiologických testů Analýza vzorků pomocí infračervené spektroskopie Diskuze Mikrobiologické testy: Infračervená spektroskopie Analytický důkaz stříbra ve vzorku... Závěr III. Literatura Literatura Seznam obrázků a tabulek

7 ÚVOD V současné době se plazma stalo fenoménem moderní doby, který prostupuje mnoha aspekty do našeho kaţdodenního ţivota. Většina z nás si nedokáţe představit ţivot bez mobilních telefonů, počítačů, plazmových televizí, zářivek, laserů či různé elektroniky. Pouze malá část populace si však uvědomuje, ţe všechna tato zařízení mají něco společného s plazmatem. Tato práce vznikla na Ústavu fyzikální elektroniky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity, kde se s plazmatem pracuje. Pomocí plazmové tuţky jsme se pokusili nanést koloidní stříbro na celulózový materiál. Vzhledem k obecným sterilním vlastnostem, jak plazmatu, tak stříbra jsme očekávali antibakteriální účinky modifikovaného materiálu. Celulóza patří mezi nejrozšířenější látky na Zemi. Látka, to je makromolekulární, vznikající z produktu listů - glukózy. Vzájemným spojováním molekul vzniká makromolekula lineární stavby, která má vláknitou podobu. Ta je příčinou toho, ţe jsou tato vlákna pevná. V průmyslu se vyuţívá především na výrobu papíru a obvazových materiálů ve zdravotnictví

8 I. Teoretická část - 8 -

9 1.1 Celulóza Jde o nejrozšířenější organickou, přírodní vysokomolekulární látku se vzorcem (C 6 H 10 O 5 ) n, velmi důleţitý obnovitelný zdroj organického materiálu, který je vţdy doprovázen látkami typu pektocelulóza, lignocelulóza a kutocelulóza. Je hlavní stavební jednotkou rostlinných pletiv a podstatným zdrojem potravy většina ţivočichů. Ve formě dřeva slouţila jako palivo i konstrukční materiál, rostlinná vlákna byla vyuţívána pro výrobu textilií. Zbytky rostlinné biomasy v prvohorách a druhohorách se působením geochemických procesů přeměnily v uhlí, které je dodnes důleţitou surovinou pro výrobu energie. Ve starších publikacích ji můţeme najít pod názvem buničina. [1,5] Jedná se o nejhojnější organický biopolymer, s produkcí více neţ tun ročně, prakticky nevyčerpatelný zdroj obnovitelné bioenergie. Okolo 10% celulózy se vyskytuje v mladých listech stromů, ve starých listech je to potom 20%. Nejvíce celulózy se však vyskytuje v bavlně, procentuálně to činí více neţ 90%. Celulózu také produkují ţivé organismy bakterie, prokaryota, některé houby, řasy. [4] Historie celulózy Ačkoliv lidé po dlouhou dobu neznali chemické sloţení ani strukturu celulózy, byla vyuţívána v řadě průmyslových odvětví. Velký úspěch byl zaznamenán roku 1837, kdy poprvé francouzský chemik Anselme Payen určil chemickou strukturu celulózy z buněčných stěn rostlin. [2] Payen pomocí prvkové analýzy určil i molekulární vzorec celulózy jako C6H10O 5. [4] V roce 1870 byla celulóza pouţita k výrobě prvního polymeru celuloidu. Do počátku 20. let 20. století vědci věřili, ţe se skládá z několika malých molekul glukózy. [2] V roce 1930 byla Haworthem základní stavební jednotkou celulózy označena cellobióza. [4] Po letitých experimentech určil Hermann Staudinger, ţe celulóza je kovalentně spojená makromolekula. Začátkem 19. století se zjistilo, ţe celulóza tvoří 3 formy, které můţeme rozdělit podle rozpustnosti na α, β a γ. α - celulóza je nerozpustná, β celulóza je rozpustná v 17,5 % NaOH a dá se vysráţet kyselinou octovou a γ celulóza je rozpustná - 9 -

10 v 17,5 % NaOH, ale vysráţet se nedá. Později se ukázalo, ţe rozpustné formy celulózy by neměly být označovány za celulózu, ale lépe za relativně jednoduché cukry. Ve většině případů je slovem celulóza myšlena α celulóza. [2] V roce 1992 byla celulóza chemicky syntetizována bez pouţití enzymů Kobayashim a Shodaiou. [1] Ranby a Ribi jako první připravili hydrolýzou kyselinou sírovou stabilní koloidní krystaly celulózy ze dřeva a bavlny. Přírodní celulózová suspenze byla připravena kyselou hydrolýzou z různých zdrojů, jako jsou: celulóza produkovaná bakteriemi, mikrokrystalická celulóza, celulóza separovaná z buněčných stěn řepy cukrovky, celulóza z bavlny a z duţin jehličnatých stromů. V roce 1994 začalo studium přípravy celulózových nanovláken, které byly nakonec připraveny ve vodném mediu obsazením různých matric. Kvien a Oksmon připravili nanovlákna určitou orientací celulózových whiskers (monokrystalických vláken) v PVA. V současné době se studují tepelné a mechanické vlastnosti nanovláken získaných z celulózových whiskers bavlny a různě substituovaných PVA. Je zjištěno, ţe vodíkové vazby by měly pozitivně ovlivnit mechanické vlastnosti tohoto materiálu. [15] V dnešní době se vědci snaţí o nalezení nových a lepších alternativ pro úpravu povrchů v medicíně a v textilním průmyslu. Příprava povrchů a následná její modifikace získala v posledním desetiletí obrovský zájem o objevení nové aplikace. Tato aplikace by měla otevřít bránu modifikací povrchových vlastností bez změny objemových vlastností. Hledají se nové materiály, aby se vyřešily problémy nebo změnily či nahradily celé výrobní procesy. Hlavní výrobní problémy jsou způsobeny náhradou základní suroviny jiným materiálem, který neodpovídá vlastnostem, které by byly optimální, např.: syntetizované polymery často nemají vhodné povrchové vlastnosti pro další úpravy. [3] Vlastnosti celulózy Celulóza je lineárně kondenzovaná látka bez chuti, bez zápachu, je biodegradabilní. [2,13] Nerozpustná ve vodě a ve většině organických rozpouštědel. Je tvořena atomy uhlíku, kyslíku a vodíku. Kaţdý atom uhlíku je centrem chirality. V přírodě vzniká biosyntézou pomocí transferáz a pyrofosforyláz z glukózy. Rozklad celulózy můţe probíhat také pomocí enzymů. Mnoho vlastností závisí na polymeračním stupni celulózy nebo na délce řetězce. [2]

11 Celulóza je D-glukopyranózový monomer spojený ß (1-4) glykosidickou vazbou. Tato vazba udává celulóze tyčinkovitý charakter. Celulózu tak tvoří šestičlenné cykly, zvané pyranóza. Tyto pyranózové cykly jsou propojeny mezi C-1 jednoho kruhu a C-4 druhého kruhu pyranózy atomem kyslíku. Obrázek 1: H O H O H H H O H H CH 2 OH O H O CH 2 OH H O H O H H H H O H O H O H H O H H H H O CH 2 OH O H CH 2 OH O O H H O H H H H O H n poly-1,4- -D -glukopyranosyl-d -glukopyranóza Často se v přírodě celulóza nachází ve spojení s pektiny, ligninem, hemicelulózou, proteiny a tuky. [4] Rostliny produkují nativní celulózu, která se vyskytuje ve dvou krystalických formách I a II. Celulózu II produkují řasy, tato forma je termodynamicky stabilní, zatímco celulóza I je nestabilní. Zdroj celulózy a její separace ovlivňují její polymerační stupeň. Vodíkové můstky taky zabraňují tavení celulózy za vyšších teplot. Celulóza obsahuje místa, do kterých se mohou navázat další molekuly prostřednictvím vodíkové vazby, např. voda, viz obrázek 2. Celulóza se ve vodě nerozpouští, ale vodu absorbuje (je hygroskopická) a zvětšuje svůj povrch. [4]

12 Obrázek 2: Vodíkové vazby uvnitř molekuly celulózy Elektronová mikroskopie ukázala, ţe se vláknitá celulóza skládá z menších jednotek, zvaných mikrovlákna, jedná se o velmi pevná vlákna v tahu, které jsou sloţené z mnoha molekul celulózy spojovaných vodíkovými můstky. [1] Spolu s rentgenovou difrakcí určila rozměry těchto mikrovláken- délka se pohybovala do několika mikrometrů a šířka s tloušťkou okolo 5-20nm (v závislosti na zdroji celulózy). Silná vodíková vazba hraje důleţitou roli ve vlastnostech celulózy. Podle různých metod rozpouštění můţe být rozdělena podle jejího chování: celulóza jako kyselina, či jako báze. Dále se můţe vyskytovat jako komplexní celulóza či deriváty celulózy. [4] Celulóza je pro organismus obtíţně stravitelná. Ţivočichové nemají enzymy, které by mohly štěpit β(1 4) vazby mezi glukózovými jednotkami. Proto v potravě tvoří tzv. vlákninu, která putuje tlustým střevem, které mechanicky čistí a zbavuje jej škodlivin. Společně se střevními bakteriemi tvoří výkaly. [6] Během oxidační reakce dochází ke zkracování délky řetězce celulózy a hydroxylové skupiny se mění na karbonylové a karboxylové skupiny. Při vyšších teplotách přímá vzdušná oxidace celulózy produkuje oxid uhelnatý, oxid uhličitý a vodu. Celulóza podléhá tepelné degradaci, ovlivňuje ji působení vzdušného kyslíku, světla, teploty, vlhkosti a její rozklad probíhá i s dobou. [4]

13 1.1.3 Degradace celulózy Celulózová vlákna, jak nativní, např. bavlna, tak chemická, např. viskóza, jsou snadno poškozována přímým působením kyselin nebo jejich některých solí, které hydrolyticky odštěpují kyselinu; dále jsou snadno poškozována oxidačními prostředky a roztoky alkálií za varu (zejména v přítomnosti vzdušného kyslíku). Působením všech těchto činitelů nastává degradace celulózy, která je charakterizována zkracováním dlouhých řetězců makromolekul, tj. sniţováním polymeračního stupně, které vede např. ke sniţování mechanické pevnosti. Jsou-li celulózová vlákna poškozena působením kyselin, zvyšuje se redukční schopnost celulózy, neboť se na narušených místech řetězce tvoří aldehydické skupiny CHO. Tato směs různě odbourané celulózy se nazývá hydrocelulóza. Jsou-li celulózová vlákna poškozena působením oxidačních prostředků, vznikají sice zpočátku na koncích jednotlivých řetězců celulózy aldehydické skupiny, ty ale podléhají další oxidaci a mění se na skupiny karboxylové COOH. Tato směs, oxidačně odbourané a původní celulózy, se nazývá oxycelulóza. Oxycelulóza má schopnost dobře vázat kationtová čili bazická barviva, např. methylenovou modř. [19] Degradace celulózy je důleţitý faktor, který ovlivňuje její fyzikální, mechanické, optické a chemické vlastnosti a dlouhověkost papíru v elektrárenském průmyslu a ve skladě knih, novin. Je důleţité tuto degradaci sledovat v archivech, muzeích, kde stárnutí celulózy v různých podmínkách zhoršuje mechanické vlastnosti, zhoršuje optickou kvalitu uloţených tiskovin, knih. Vzhledem k tomuto je nutné realizovat urychlující zkoušky stárnutí. Tato zkouška je zaloţena na pozorování a zkoumání změn papírových vlastností s pouţitím jiných teplot, vlhkosti a obsahu kyslíku. Během degradace celulózy převládají dva typy reakcí, hydrolýza glykosidických vazeb a oxidace glukopyranózových cyklů. Vznikají keto/aldehydové skupiny, které jsou velmi reaktivní a mají sklon se síťovat (jedná se o třetí chemický proces degradace celulózy). Studium urychleného stárnutí novinového papíru bylo provedeno při 98 C a studováno během několika dní. Degradace celulózy byla studována pomocí viskozimetrie a gelové permeační chromatografie. První stupeň stárnutí probíhal homogenně, došlo k rychlému sníţení polymeračního stupně. Později probíhaly reakce typu oxidace či zesíťování. Zde se uţ tak rychle polymerační stupeň nesniţoval. Degradace probíhá rychleji, jakmile papír obsahuje sacharidy a hemicelulózu. [5]

14 1.1.4 Použití celulózy Její hlavní pouţití spočívá jako obvazový materiál v medicíně nebo jako vata. [6] Celulóza je hlavní součástí papíru, lepenek, pouţívá se i k výrobě cigaretových papírků. Pouţití celulózové lepenky převládá ve spotřebitelském průmyslu, značné pouţití je jako balící materiál a na přípravu hygienických potřeb. Vědci z Buenos Aires zjistili, ţe jakmile vytvoříme dvouvrstvou lepenku pokrytou polyhydroxybutyranem(phb), zlepší se vlastnosti papíru. PHB je jeden z polyhydroxyalkanů, produkovaný bakteriemi v závislosti na fyziologickém stresu. Mezi jeho negativní vlastnosti patří křehkost a tuhost. [13] Mikrokrystalická celulóza (E460i) a práškovitá celulóza (E460ii) jsou pouţívány jako stabilizátory a zahušťovadla v potravinářském průmyslu. Polysacharid příbuzný celulóze, odvozený rozvětvením celulózy je hemicelulóza. Mezi deriváty celulózy patří taky ethery a estery celulózy (triacetát celulózy), ethylcelulóza (ve vodě nerozpustná látka, pouţití v nátěrech a v inkoustech), hydroxymethylcelulóza, karboxymethylcelulóza, hydroxypropylcelulóza (pěnidlo, pojidlo) [2] Deriváty celulózy jsou vyuţívány jako lepidla, ochranné nátěry, výbušniny, potravinové zahušťovadla. Mezi syntetické polymery celulózy patří acetylcelulóza, která slouţí k výrobě celofánu. Roku 1833 Braconnot reakcí celulózy se směsí kyseliny dusičné a sírové syntetizoval nitrocelulózu, známou pod názvem střelná bavlna; reakce celulózy s formaldehydovými pryskyřicemi poskytla umělé hedvábí; methylcelulóza vznikla syntézou methylsulfátu či chloridu s alkalicelulózou; reakcí celulózy s kyselinou chloroctovou se získá karboxycelulóza; benzylcelulóza, která je odolná jak vůči kyselinám, tak zásadám, tak vodě. Reakcí ethylenoxidu s celulózou syntetizovali hydroxyethylcelulózu. Oxidace celulózy způsobuje ničící efekt, který byl jako první pozorován na textiliích. Roku 1882 Witz pojmenoval takto modifikovaný produkt oxycelulóza. Celulóza se aplikuje na dřevo, papír, plasty, různé nátěry. Díky jejím vlastnostem, jako je přilnavost, pruţnost, specifická hmotnost, se pouţívá na výrobu papíru a textilií. Chemické změně odolávají dlouhé mikrovlákna celulózy, proto znemoţňují hrubé opotřebení tkaniny. Objev vysoce hořlavé nitrocelulózy, přinesl rozsáhlé pouţití celulózy jako výbušniny, pouţívá se také do fotografických filmů, laků na nehty, do diagnostických testů (těhotenské testy). Hydroxyethylcelulóza umoţňuje rozpouštění ve vodě, proto se pouţívá

15 jako zahušťovadlo v šamponech a mýdlech, kde hydroxyethylcelulózové vlákna obklopí nečistotu ve vodě, ta se potom lépe vyplaví s vodou, viz obrázek. [2,4] Obrázek 3: Nečistoty obklopeny hydroxyethylcelulózovými vlákny 1.2 Oxycelulóza (6 -karboxycelulóza) Obrázek 4: Struktura oxycelulózy Oxycelulózu získáváme jako 100% přírodní produkt (čistá bavlna). Oxycelulóza je biodegradabilní (můţe být rozkládána pomocí dekompozitorů), biokompatibilní (snášenlivá k biologickému prostředí), bioresorbilní (při zavedení do těla se nemusí odstraňovat). Má vysoce antibakteriální hemostatický a absorpční účinek. Podílí se na regeneraci tkání. V roce 1981 si Doc. MUDr. Ladislav Bařinka, CSc., ing. Ivan Blaţíček, RNDr. Pavel Černý, ing. Stanislav Langr a ing. Jan Uhlíř zapatentovali vynález přípravy oxidované celulózy. [7,2] Podle nich se oxycelulóza připravuje tak, ţe se celulózový materiál oxiduje pomocí směsi kyseliny dusičné a flegmatizovaného alkalického dusitanu. Potom se takto oxidovaná celulóza vypere, přičemţ se její nativní struktura přemění na mikrokrystalickou,

16 pomocí řízené heterogenní kyselé hydrolýzy. Nakonec se provedou úpravy, jako je praní, sušení, odvodňování a sterilizace Použití oxycelulózy medicína: obvazy na zranění, hemostatika, přilnavé materiály pro zastavení krvácení (náplasti), absorbovatelné chirurgické nitě kosmetika a farmacie: zahušťovací činidla při výrobě kosmetických a farmaceutických přípravků jiné oblasti průmyslu: deodoranty pro absorpční vycpávky (pleny, hygienické vloţky), lubrikanty pro chirurgické rukavice, nosiče léků, superabsorbenty a stále se nalézají nové moţnosti pro pouţití oxidované celulózy [7] Formy oxycelulózy prášková forma (pouţití na drobná poranění) tkaná/netkaná plošná textilní forma (chirurgické pouţití) Výroba oxycelulózy Materiál se nejprve předupraví- předpírka, smáčení, bělení. Následuje vlastní oxidační proces: oxidace mokrou cestou v oxidační lázni (54-65% HNO 3 + flegmat. NaNO 2 (4-6h, 110 C). Potom následuje stabilizace močovinou: 2HNO 2 +CO(NH 2 ) 2 2 N 2 + CO 2 +3 H 2 O [9]

17 Obrázek 5: Technologické schéma oxidace 1.3 Tkáňová lepidla Během studia o moţnosti vyuţívání tkáňových lepidel při ledvinu šetřících výkonech u tumorů ledvin se zjistilo, ţe nedílnou součástí tkáňových lepidel, které slouţí k vyplnění defektu při resekci, je mimo ţelatiny, trombinu a fibrinu i oxidovaná regenerovaná celulóza (Surgicel ). Tkáňová lepidla můţeme rozdělit na lepidla s hemokoagulačními faktory (lepidla trombinová a fibrinová) a na lepidla bez homokoagulačních faktorů (ţelatina, kolagen, celulóza, kyanoakrylát, polyethylenglykoly). Lepidla fibrinová vyţadují suchou resekční plochu, čehoţ nelze zejména u laparoskopických resekcí ledvin dosáhnout. Trombinová lepidla ke své aktivaci naopak vyţadují aktivní krvácení, a proto jsou nejlepším lepidlem vyuţitelným u resekcí ledvin. Lepit tkáň však nedokáţou, slouţí pouze k hemostáze

18 První uvedení na trh oxidované celulózy Oxycel bylo v roce Nyní se v ČR vyuţívá Surgicel (polštářek z celulózy), který byl uveden na trh v roce Jedná se o vstřebatelné hemostatikum na bázi oxidované regenerované celulózy, ze které se utká síťka. Mechanizmus působení: krev se váţe na regenerovanou celulózu a vytváří se sraţenina. Ta nijak nepotencuje hemokoagulační kaskádu, takţe pacient nesmí mít ţádnou hemokoagulační poruchu. Vstřebá se za 1 2 týdny. Působí i baktericidně. [10] Obrázek 6: Surgicel 1.4 Methylcelulóza(MC); hydroxymethylcelulóza(hpmc) Samotná celulóza je ve vodě nerozpustná díky existenci mnoha silných vodíkových vazeb, které se tvoří mezi jednotlivými vlákny celulózy. Substitucí celulózy dosáhneme toho, ţe vznikne modifikace celulózy, která je rozpustná ve vodě. Rozpustnost těchto celulózových polymerů je přisuzována zmenšenému počtu vodíkových interakcí. Mezi tuto modifikaci řadíme MC a HPMC

19 Obrázek 7: Struktura modifikované celulózy: v methylcelulóze: R=H, CH 3 ; v hydroxypropylmethylcelulóze: R=H, CH 3, CH 2 CH(OH)CH 3 Tyto modifikace mají velké uplatnění, jsou součástí zahušťovadel, váţí na sebe vodu, uplatňují se ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu. [11] 1.5 Bakteriální celulóza Aerobní kultury tyčinkovitého organismu, A. xylinium, produkují celulózu na rozhraní vzduch-voda. Tato celulóza je chemicky čistá, bez znečištění hemicelulózou či ligninem, a má vysoký stupeň polymerace. Bakteriová celulóza se můţe vyrábět i v bioreaktoru. Buňky a vlákna celulózy se připevní na povrch disku bioreaktoru, kde se vytvoří tuhé tácky celulózy. Takto můţeme získávat extrémně tuhá vlákna. Bakteriální celulóza se pouţívá v potravinářském průmyslu, v akustických membránách pro zvukové reproduktory, pro výrobu neobvykle silného papíru a hlavně v medicíně jako obvazový materiál a umělá kůţe. [12] 1.6 Karboxylovaná mikrokrystalická celulóza Jednostupňový proces na přípravu karboxylované mikrokrystalické celulózy byl vyvinut z přírodní celulózy v 45-55% kyselině dusičné jako katalyzátorem oxidace celulózy. Podle výsledků klinických pokusů v gastronomii a detoxikační terapii, je karboxylovaná mikrokrystalická celulóza (CMCC) ve formě gelů, které jsou tvořeny ze solí

20 CMCC byla připravena také dvoustupňovým procesem-oxidací celulózy pomocí NO 2 za laboratorní teploty, v plynné fázi, následovala hydrolýza oxidovaných vláken, tato hydrolýza vedla k vytvoření mikrokrystalického stavu pomocí horké zředěné kyseliny dusité a dusičné spolu s přídavkem vody. Realizace tohoto dvoustupňového procesu dovolujícího vznik CMCC s vysokou kvalitou (bělost, zvýšená stabilita) zahrnuje technické problémy a problémy v ţivotním prostředí spojené se vznikem vysoce těkavého, toxického oxidu dusičitého. Tyto problémy mohou být vyřešeny za pouţití vsazené formy oxidu dusičitého, jedná se částečně o kyselinu dusičnou, která je schopna vytvořit oxidovaný katalyzátor in situ, za určitých podmínek reakce s celulózou. Syntéza oxidované práškové celulózy s pouţitím HNO 3, bez pomocných přípravků stimulujících formu oxidovaného katalyzátoru NO 2, byla popsána v Henserově monografii, která odkazovala na dřívější publikace. Autoři publikací navrhli, ţe zahříváním bavlny s 49% HNO 3 za současného odpaření oxidu dusičitého se celulóza oxiduje simultánní změnou vlákna na práškovou hmotu. Publikovaná data byla pak pouţita pro přípravu jednotné oxidované práškové celulózy s poměrně vysokým nebo zvýšeným obsahem karboxylových skupin. Pro tento účel byla celulóza předaktivována reakcí s 68,5% HNO 3 do formy, která byla oxidována stejnou kyselinou, avšak zředěnou na 55% koncentraci. Začlenění molekul HNO 3 do celulózové krystalické sítě v aktivačním stupni způsobilo rychlý přenos a jednostupňovou oxidaci. Tabulka 1: Výsledky experimentů při oxidaci celulózy. Koncentrace HNO 3 Reakční doba Teplota Obsah COOH skupin Výtěţek (%) (h) ( o C) (wt %) (%) , , , , , , ,

21 Výsledky experimentů ukazují, ţe reakční trvání ovlivňují dva paralelní procesy: oxidace celulózy její hydrolytické štěpení Hromadění karboxylových skupin v celulóze je doprovázeno sníţením výtěţku. To můţe být vysvětleno rychlou reakcí a stupněm hydrolytického rozštěpení celulózy. Aktivační energie kyselé hydrolýzy celulózy je docela vysoká (150kJ), proto její rychlost závisí na teplotě. Sníţení reakční teploty ze 70 C na 60 C znatelně zvyšuje výtěţek. Mikrokrystalická celulóza je hojně vyuţívaná jako pojivo léčiv, jako dietetický přídavek, který způsobuje sníţení kalorických hodnot potravin a jako léčivo při poruchách zaţívacího traktu. [16] 1.7 Hemostatika z celulózy Mezi prostředky lokálního homostatika patří i Traumacel, který dokáţe pomáhat chirurgům především k zastavení plošného krvácení (kapilárního a ţilního) z různých zdrojů. Jedná se o sterilní vstřebatelné homostatikum textilní struktury, s moţností pouţití ve všeobecné a digestivní chirurgii, plastické chirurgii, gynekologii, stomatologii, koţním lékařství, ortopedii i v jiných operačních oborech, slouţí taky k prevenci krvácení v pooperačním průběhu. Neţádoucí imunitní reakce ani senzibilita po opakovaném pouţití nebyly pozorovány. Přípravek je velmi dobře snášen organismem a nenarušuje biologické hojivé procesy. Současná chirurgie vyuţívá textilní hemostatika s podobu tkaného úpletu vyrobeného z oxidované regenerované celulózy. Po nasycení krví se změní v hnědou aţ černou rosolovitou hmotu, která napomáhá při tvorbě krevní sraţeniny a vyvíjí tak mírný tlak na krvácející místo. Operatér přikládá hemostatikum v podobě textilního úpletu přímo na krvácející místo nebo orgán, ke kterému dokonale přilne. K zástavě krvácení dochází během 2 aţ 6 minut, k úplnému vstřebání materiálu od 48 do 72 hodin a zcela je vyloučen z organizmu do 21 dní. Traumacel je hypoalergenní, podílí se na urychlení hojení ran, např. bércových vředů, odřenin, nedráţdí místo aplikace, má baktericidní a bakteriostatické účinky. [17]

22 Obrázek 8: Resekce jater Obrázek 9: Pouţití Traumacelu při resekci jater

23 1.8 Bavlna Bavlna je řazena mezi celulózová vlákna přírodního typu, nachází se v tobolkách rostliny bavlníku Gossypium, mimo bavlnu se celulózová vlákna nachází také ve viskóze, Locellu, modalu, acetátu a měďnatém hedvábí. Bavlněné vlákno je jednobuněčný útvar v podobě tenké stuţky se zesílenými okraji, je mírně stočená do šroubovice kolem své osy. Obrázek 10: Bavlněné vlákno Povrch vlákna tvoří kutikula, pod níţ se v lamelách tvoří sekundární celulózová stěna, která je tvořena z jednotlivých vláken, tzv. fibril. Přítomnost alkoholických skupin OH, jednak primárních na uhlíku C 6, jednak sekundárních na uhlících C 2 a C 3, významně ovlivňuje fyzikální, fyzikálně-chemické a chemické vlastnosti celulózy. Mezi těmito -OH skupinami vznikají vodíkové můstky, a to intramolekulární vazby (mezi skupinami OH téţe makromolekuly) a intermolekulární vazby (mezi skupinami OH dvou makromolekul). Intramolekulární vodíkové můstky způsobují tuhost makromolekul, intermolekulární vodíkové můstky způsobují nerozpustnost celulózy ve vodě a běţných rozpouštědlech. Volné funkční skupiny OH v amorfních oblastech vlákna mají schopnost poutat molekuly vody pomocí vodíkových můstků. Jsou tedy hydrofilní. Tato schopnost, sorpce vody, je omezená, nepřechází v rozpouštění celulózy, ale dochází k jejímu bobtnání. Celulóza je málo reaktivní, to je zapříčiněno jejím chemickým sloţením a strukturou. Celulóza je citlivá vůči oxidačním činidlům. Nejprve dochází k oxidaci primární alkoholické skupiny OH celulózy na uhlíku C 6, coţ vede ke vzniku aldehydické skupiny a následnou oxidací ke vzniku karboxylové skupiny, vzniká příslušná kyselina, vzniklé produkty se označují jako oxycelulóza, která uţ nemá tak pevná bavlněná vlákna a má zkrácená celulózová vlákna. Rozlišujeme dva typy oxycelulózy: redukující -zahrnuje především aldehydické skupiny HCO, které vznikají v kyselém prostředí, a kyselý typ -obsahuje převáţně kyselé skupiny-cooh,vzniká při oxidaci v zásaditém prostředí. V praxi se však vyskytují obě tyto formy vedle sebe. Oxidačním odbouráváním rozumíme pomalu probíhající

24 pochody vyvolané světlem, přítomností vzduchu a světla. Důsledkem je znehodnocení uţitkových vlastností výrobku. Delším působením slunečního záření dochází k fotodegradaci celulózy hlavně ultrafialovou sloţkou záření. Vzniká fotocelulóza, tj. směs do různého stupně odbourané celulózy s obsahem oxycelulózy redukujícího typu. Degradaci celulózy podporuje přítomnost některých kovů (Fe, Cr). Fotodegradace vede ke ţloutnutí a sníţení mechanických vlastností bavlněných vláken. Působením alkálií na celulózová vlákna dochází k fyzikálněchemickým změnám. Nejprve vlákno bobtná a přerušují se vodíkové můstky. Tím se mění jeho tvarové a mechanické vlastnosti. [18] 1.9 Viskóza Viskózová vlákna se získávají regenerací celulózy. Při výrobě těchto vláken jsou zdrojem celulózy nejvýhodněji piniová dřeva. Nejdříve se dřevo rozseká na štěpky o velikosti 1cm x 1cm x 2cm. Tyto štěpky se nasypou do vařáku, který obsahuje 18%ní roztok NaOH, a při teplotě 180 C a zvýšeného tlaku se směs vaří, při čemţ se nečistoty (hemicelulóza a lignin) rozpouštějí a přechází do roztoku. Vzniká alkalicelulóza, která se přivádí ke xantogenaci tzn., ţe k alkalicelulóze se přidává sirouhlík. Vzniklý xantogenát celulózy, který je rozpustný ve zředěném roztoku NaOH = viskóza. Po určité době zrání a filtraci, se viskóza vede ke zvlákňování, někdy označováno jako regenerace celulózy, do koagulační lázně, která obsahuje směs 12%ní roztok H 2 SO 4 a směs síranů ( ZnSO 4, Na 2 SO 4 ). Vlákenná hmota později prochází tryskami, jejichţ velikost určuje jemnost hotového vlákna. Viskózová vlákna se pouţívají v textilním průmyslu v kombinaci s bavlnou či vlnou. Taky se pouţívají ve farmakologickém průmyslu v kombinaci s buničinou nebo vysoce bělenou celulózou či polyesterových vláken na výrobu různých gáz a obvazů. [14] Obrázek 11: Schéma výroby viskózy z celulózy

25 1.10 Výrobky firmy Hartmann-rico a.s. HARTMANN-RICO a.s. je jedna ze známých společností, která se zabývá zpracováním buničiny a podobných sloučenin, patří mezi nejvýznamnější výrobce a distributory zdravotnických prostředků a hygienických výrobků v České republice. Tato společnost vznikla v roce 1991 vstupem společnosti Paul Hartmann AG do tehdejšího podniku Rico Veverská Bítýška.[20] Tabulka 2: Přehled některých výrobků Hartmann-rico, a. s. Komerční název složení charakteristika použití Atrauman Ag Mastný tyl s obsahem stříbra Usmrcuje choroboplodné Chronické, akutní a infikované rány zárodky. Nelepí se na ránu. Lze stříhat podle potřeby. Sterilní verze. Grassolind neutral Mastný síťový tyl z bavlněného základu s velkými oky Dobrá ventilace. Chrání ránu před vysušením. Udrţuje okraje ran. Sterilní verze. Odřeniny, bércový vřed, popáleniny, poleptání, poškození po ozáření, abscesy, opaření. Eycopad Vata DIN A, v gázovém obalu z čisté bavlny Medicomp Netkaný textil 60% viskózy. Zlepšuje soudrţnost obalu. Neuvolňuje vlákna. Měkký a savý. Sterilní a nesterilní verze. Dobrá savost, prodyšnost a měkkost. Oční obvazy. Všeobecné ošetření ran, krytí při drobných operačních zákrocích

26 Sterilux ES 100% bavlna Dobrá savost, prodyšnost, měkkost, hebkost. Sterilní a nesterilní verze. Fil-Zellin Bělená buničina Rychlý odvod absorbovaných sekretů. Velmi dobrá absorpční kapacita. Dobrá přizpůsobivost všem částem těla. Celluron Čistá bavlna a Zubní válečky vysoce bělená s vynikající absorpční buničina schopností. Dobrá soudrţnost. Pur-Zellin Vysoce bělená Neprašné, mají stálý buničina tvar, neotírají se. Nesterilní verze. Hotové obvazy 67% bavlny, 33% Snadno a rychle viskózové střiţe pouţitelné při předlékařské první pomoci. Všestranné ošetření ran. Ošetřování suchých ran, nosný materiál pro masťové a vlhké obvazy. Savý materiál ve stomatologické praxi. K čištění pokoţky před injekcemi a infuzemi, jako savý materiál při malých zraněních. Ošetření drobných i rozsáhlých poranění. Lastogrip 82% bavlna, 10% elastin, 8% polyamid Speciální konstrukce tkaniny zaručuje vypnutí a stabilní usazení. Lze prát a sterilizovat, odolný vůči tukům a mastem. Na pevnější fixační obvazy, jako podpůrný a odlehčovací obvaz při poškození pohybového aparátu, jako podpůrný zahřívací obvaz při artróze

27 Stülpa 70% viskóza, 30% bavlna Vysoce elastické příčně i podélně. Přizpůsobuje se tvaru těla. Propouští vzduch. Pruban 100% bavlna Pevné fixování ran. Dobrá snášenlivost pokoţkou. Moţnost vytvářet a sterilizovat. Coverflex 91% viskóza, 5% Trvale elastický, polyamid, 4% prodyšný. elastan Velikosti jsou barevně odděleny. Jako fixační obvazy všech druhů, zpevňující obvaz. K fixačním obvazům všech druhů a velikostí. Vlhký obvaz k chlazení, sniţování bolestivosti a svědivosti, v chronické fázi jako suchý obvaz k překrytí mastí a krémů na citlivé, ekzematické pokoţce

28 2.1 Stříbro- Argentum- Ag Atomové číslo 47 Relativní atomová hmotnost Elektronová konfigurace Skupenství 107,868 amu 5s 1 4d 10 pevné Teplota varu C Teplota tání 961 C Elektronegativita 1,93 Oxidační číslo I Hustota 10,490 g.cm -3 Tvrdost Výskyt 2,5 (Mohsova stupnice tvrdosti) 0,1 ppm Obr. 12 : Kus ryzího přírodního stříbra 2.2 Výskyt stříbra Stříbro je známé jiţ od starověku. V přírodě se stříbro vyskytuje jako ryzí nebo ve sloučeninách, nejčastěji jako sulfidická ruda- argentit neboli leštěnec stříbrný (Ag 2 S). Stříbro také doprovází některé rudy, jako jsou rudy olova, zinku, mědi, niklu, při jejichţ výrobě se získává jako vedlejší produkt. Stříbro se v přírodě vyskytuje ve dvou stabilních izotopech 107 Ag (51,8 %) a 109 Ag (48,2 %) [23] Stříbro se v lidském těle vyskytuje v minimálním mnoţství (méně neţ 2,3µg/l v krvi, moči, játrech a ledvinách). [24]

29 2.3 Vlastnosti stříbra Stříbro je lesklý a ušlechtilý kov bílé barvy, který dobře vede teplo a elektrický proud. Patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Ag +1, sloučeniny dvojmocného stříbra Ag +2 jsou nestálé se silnými oxidačními schopnostmi. Stříbro Ag +3 je z důvodu jeho nestálosti nutné stabilizovat velkými anionty. Po mechanické a metalurgické stránce je velmi dobře zpracovatelné má dobrou kujnost, dobře se odlévá. Ţe stříbro chrání zdraví, tušili uţ staří Římané. Postřehli totiţ, ţe jejich důstojníci, kteří pili výhradně jen ze stříbrných pohárů, byli méně nemocní neţ řadoví legionáři pouţívající poháry hliněné. [30] Důvodem je to, ţe elementární stříbro samo o sobě je vysoce aktivní vůči bakteriím, a ve formě nanočástic je ještě účinnější vůči mikrobům. [29] 2.4 Antibakteriální stříbro Je dokázáno, ţe stříbro má antibakteriální účinky. Antimikrobiální aktivita stříbra je účinná téměř proti 650 druhům bakterií. [28] Uţ Klasen oznámil, ţe stříbro je vhodné na ošetření popálenin. Gosgeher zjistil, ţe při experimentech na zvířatech s postříbřenými nástroji, se redukuje počet infekcí. Důleţitou roli, v antibakteriálních účincích stříbra, hraje i jeho oxidační stav. Bylo zjištěno, ţe Ag + má mnohem větší antibakteriální účinek neţ Ag 0. [22] Vlastnosti antibakteriálního stříbra Ionty stříbra ovlivňují látkovou výměnu buněčného systému bakterií, potlačují dýchání a bazální metabolismus na elektronové úrovni a dopravu substrátu v buněčné membráně. [25] Příjem stříbrných iontů do buňky se můţe uskutečňovat pomocí několika mechanismů, včetně pasivní difúze a aktivního transportu iontů. Stříbrné ionty se mohou vázat nespecifickou vazbou na buněčný povrch a způsobovat tak nefunkčnost buněčné membrány. Pozitivně nabité stříbrné ionty uvnitř buňky přerušují kritické funkce mikroorganismů. Stříbrné ionty jsou vysoce toxické pro mikroorganismy, ale vůči lidským tkáňovým buňkám vykazují poměrně nízkou toxicitu. [27] Snadno vytváří donor-akceptorní

30 vazbu se skupinami obsahující dusík, síru a kyslík. Primární molekulární cíle stříbrných iontů v buňce jsou thiolátové skupiny, které se vyskytují v enzymech. Dochází k denaturaci enzymů a následná smrt (udušení) mikroorganismu. [26] Bakterie navíc nezískávají rezistenci vůči těmto iontům, coţ je velká výhoda oproti klasickým antibiotikům. [25] Nanostříbro Obr. 13: Princip reakce nanostříbra Obr. 14: Antimikrobiální mechanismus nanostříbra (1. katalytická oxidace, 2. reakce mezi buněčnou stěnou a bakterií, 3. Denaturace proteinu, 4. Vazba s DNA) Nanostříbro je malý shluk atomů stříbra, menší neţ 100 nm, nebo jak 100 miliardtin metru široká. Nanočástice stříbra se lehce přenáší přes buněčné membrány, proto se uplatňují při podávání léčiv. [29] Tato nanočástice tvoří rezervoár antibakteriálního účinku a ten se objevuje tehdy, kdyţ kovové stříbro, které nemá antibakteriální účinky, se oxiduje. Tato oxidace probíhá na povrchu částic, které jsou vystaveny vlhkosti (jako jsou např. tělní tekutiny). Gram čistého kovového stříbra zaujímá plochu o velikosti 10,6 cm 2, zatímco gram nanočástic stříbra zaujímá aktivní plochu 0,6x10 6 cm 2. Tento obrovský nárůst poskytuje plochu nezbytnou pro umoţnění kontinuálního uvolňování iontů stříbra

31 K dosaţení toho, aby se antibakteriální nanostříbro udrţelo na povrchu zdravotnického materiálu, můţe slouţit plazmový výboj. Nedávné studie ukazují, ţe nanesení nanostříbra na povrch je účinné proti Escherichia coli, Streptococcus pheumoniae, Staphylococcus aureus a Asperigus niger. [27] Použití antibakteriálního stříbra Baktericidních vlastností stříbra se vyuţívá i při jednorázové dezinfekci menších zdrojů pitné vody (studny). Je součástí vojenských pohotovostních souprav, které umoţní v terénu získat pitnou vodu i z velmi znečistěných zdrojů. [21] Hlavním cílem firmy NanoTrade s.r.o., která vznikla v roce 2004, je uvádět na český trh zboţí vyvinuté v laboratořích celého světa s vyuţitím nanotechnologie. Prvním komerčně distribuovaným výrobkem byly ponoţky impregnované nanočásticemi stříbra. Tyto ponoţky mají svérázné širokospektrální antibakteriální účinky (vstřebávají pot, likvidují bakterie). Slouţí jako prevence plísní, mykóz a napomáhají je odstranit. [25] Nanočástice stříbra (s rozměry v rozmezí nm) s obchodním označením nanosilver(tm) likvidují následující kmeny bakterií: Escherichia coli, Methicillin resistant Chlamydia trachomatis, Staphylococcus aureus, Providencia stuartii, Vibrio vulnificus, Pneumobacillus, Nitrate-negative bacillus, Candida albicans, Bacillus cloacae, Bacillus allantoides, Morgan's bacillus (Salmonella morgani), Pseudomonas maltophila, Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Bacillus subtilis, Bacillus foecalis alkaligenes, Streptococcus hemolyticus B, Citrobacter, and Salmonella paratyphi C. a více neţ 600 dalších patogenů. [25] Nanostříbro se přidává do různých barec či laků, za účelem zvýšení hygieny. Mezi známé laky s integrovaným antibakteriálním a antimykotickým účinkem patří laky s názvem CLOU laky AntiBak. [29] 2.5 Reaktivita stříbra Přestoţe je stříbro řazeno mezi drahé kovy, které se obecně vyznačují vysokou chemickou stabilitou, je velmi dobře rozpustné v kyselině dusičné, především díky jejím silným oxidačním vlastnostem. Reakce probíhá podle rovnice: 3 Ag + 4 HNO 3 3 AgNO 3 + NO + 2 H 2 O

32 Podobně se stříbro chová i vůči koncentrované kyselině sírové, která působí oxidačně. Vůči zředěné H 2 SO 4 je však stříbro netečné, stejně jako při působení dalších minerálních kyselin. Za přítomnosti kyslíku se stříbro rozpouští i v roztocích alkalických kyanidů. Na suchém čistém vzduchu je neomezeně stálé. Jakmile se ale stříbro dostane do prostředí sulfanu (H 2 S), začíná černat, protoţe se na povrchu vytvoří vrstvička sulfidu stříbrného. [21] 2.6 Použití stříbra Stříbro se pouţívá na výrobu fotografického materiálu, ke galvanickému postříbřování předmětů, při výrobě zrcadel, mincí, k přípravě zubního amalgámu. Své vyuţití nachází i v elektrotechnice a v klenotnictví, na výrobu šperků a jiných ozdob. [21]

33 3.1 Plazma Pojem plazma je historicky spjat s vedením elektrického proudu v plynech, tj. s elektrickými výboji. Roku 1892 anglický fyzik Davy realizoval první elektrický obloukový výboj. Od roku 1830 se systematicky začal elektrickými výboji zabývat M. Faraday označil tento výboj W. Crookes jako čtvrtý stav hmoty. Po objevení elektronu J: J: Thomsonem popsal J. W. Strutt lord Rayleigh v roce 1906 tzv. kolektivní chování elektronů, které se stalo základem definice plazmatu. Termín plazma byl poprvé pouţit I. Langmuirem a Tonksemem v roce [31] Fyzika a chemie plazmatu jsou dnes rychle rozvíjející se oblastí vědy a techniky. V případě plazmatu se jedná se o ionizovaný plyn se specifickými vlastnostmi. Ionizovaný znamená, ţe alespoň jeden elektron není vázán na atom či molekulu. Volné elektrony činí plazma elektricky vodivé. Plazma bývá taky označováno jako čtvrté skupenství hmoty. Zvyšováním teploty dochází k tomu, ţe molekuly získávají energii a tím se postupně přeměňuje hmota ze skupenství pevného na kapalné, pak plynné a v poslední řadě v plazma. Toto odůvodňuje označení plazmatu jako čtvrtého skupenství hmoty. Odhaduje se, ţe plazma tvoří více neţ 99% viditelného vesmíru. Vyskytuje se přirozeně v přírodě, ale můţe se taky vyrobit v laboratoři. Ve vesmíru se můţeme setkat s plazmatem v podobě slunečního větru, mlhoviny, plazmatem je tvořena celá zemská ionosféra [32], nitro i obálky hvězd a erupce [31]. Nejznámějším přírodním projevem plazmatu v zemské atmosféře je blesk. Blesk je silný přírodní elektrostatický výboj produkovaný za bouřky, je doprovázen emisí světla. [32] Obr. 15: Ukázka blesku

34 3.2 Chemické procesy plazmatu Plazma je kvazi-neutrální, coţ znamená, ţe koncentrace pozitivně nabitých částic a záporně nabitých částic jsou velmi vyrovnané. [32] Jako celek se chová neutrálně, díky přítomnosti volných nabitých částic se v objemu plazmatu vytváří nehomogenně rozloţený prostorový náboj indukující lokální elektromagnetická pole, coţ dává tomuto stavu hmoty zvláštní charakter. I z tohoto důvodu je plazma v pozemských podmínkách silně nestabilní a volně se téměř nevyskytuje. [34] Chemicky aktivní plazma je vysoce reaktivní multikomponentní systém sloţený z elektronů, aniontů, kationtů, excitovaných atomů a molekul, radikálů a UV fotonů. Kaţdá sloţka hraje svou specifickou roli. Elektrony jako první přijímají energii z elektrického pole a dále ji rozdělují mezi ostatní komponenty plazmatu. [32] Elektrony mají především význam pro vytváření plazmatu. Jsou urychlovány vysokofrekvenčním polem a ionizují atomy nosného plynu. [31] Ionty jsou těţké částice, které můţou významně přispět k chemické kinetice reakce plazmatu. Radikály hrají důleţitou roli v oxidačních a redukčních procesech. [32] Přechod částice z excitovaného do základního stavu se můţe dít fotoemisí, která má za následek záření plazmatu. [31] 3.3Plazmové výhody [9] Pomocí plazmatu se vytváří řada významných polymerních materiálů s vhodnými vlastnostmi, jako jsou: šetrnost k ţivotnímu prostředí, nevznikají ţádné vedlejší produkty, tím pádem se nemusí řešit likvidace odpadu kontrolovatelný proces efektivní ošetření, zvyšuje odolnost proti poškrábání nezpůsobuje poškození substrátu či vnitřní změny povlaky vytvořené plazmatem mají vyšší ţivotnost [33] přilnavost- většina materiálů má nízkou hodnotu povrchové energie, proto je těţké s nimi pracovat, opracováním materiálu plazmatem roste povrchová energie materiálu čisticí účel- umoţňuje dosáhnout čistého povrchu hydrofilní vlastnosti a lipofilita a naopak někdy hydrofobita

35 biokompatibilita sterilizace Všechny tyto výhody přináší velké plus pro budoucnost modifikace materiálů. 3.4 Aplikace plazmatu [9] Plazma můţe být aplikováno na: komplexní substráty ne/tkané materiály, vlákna (celulóza), papír plastické fólie kov a keramické díly 3.5 Plazma v medicíně Biomedicínské aplikace plazmatu se zaměřují převáţně na povrchové sterilizace, jakoţto i k léčení různých povrchů, ke sterilizaci lékařských nástrojů. Plazma je pouţíváno v medicíně k léčbě ţivých tkání, včetně sterilizace a hojení ran, sráţení ran a k ošetření odumřelé pokoţky. [32] Mechanismus plazmové sterilizace Neizotermní plazma je zdrojem účinných faktorů, které jsou schopny zabít nebo i destruovat bakterie, viry a další mikroorganismy bez tepelných vlivů. Je účinné při usmrcování parazitů, bakterií, plísní. Sterilizace ţivé tkáně lze rozdělit na přímé a nepřímé. Nepřímá léčba vyuţívá plazmové tuţky a přímá léčba spočívá v tom, ţe léčená tkáň se pouţije jako elektroda, která se podílí na vytvoření plazmového výboje. Přímé ošetření plazmatem se dosáhne sterilizace mnohem rychleji neţ nepřímou sterilizací. [32 ] 3.6 Plazmová tužka Jedná se o nově vyvinutý speciální typ plazmové trysky [36], která vznikla při řešení grantového projektu GA ČR č. 202/94/0490 v plazmochemické laboratoři Katedry fyzikální elektroniky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. [35] Plazmová tuţka poskytuje neizotermické plazma za atmosférického tlaku [36] ve velkém rozsahu vnitřních energií, dle podmínek do , umoţňuje lokální pouţití s účinnou stopou přibliţně 0,01-5 mm 2, můţe se ovládat lidskou rukou. Vyuţívá vysokotlakého stejnosměrného, nízkofrekvenčního [35] nebo vysokofrekvenčního [34] výboje uvnitř duté katody, na jejímţ ústí, kdy elektrodou protéká pracovní médium- můţe to být

36 plyn, nejčastěji argon- nebo taky kapalina či pevné sypké částice. Pracovní médium se aktivuje, vzniká plazma. To tryská z ústí plazmové trysky do vnějšího prostředí, kde můţe působit na pevné a sypké povrchy nebo také na kapaliny. [34] Plazmová tuţka má velké vyuţití, které spočívá v úpravě povrchů (leptání, mikrotavba, čištění, nanášení ochranných vrstev). Uplatnění má také ve šperkařství, sklářství, restaurování, v automobilovém průmyslu, stavebnictví, textilním průmyslu ale také ve zdravotnictví. [36] Obr. 16: Plazmová tuţka

37 II. Experimentální část (jedná se o zkrácenou verzi, stránky nejsou k dispozici)

38 Závěr Tato bakalářská práce je úvodem do problematiky aplikace stříbra v nanoformách na plazmatem aktivovanou celulózu a je předpokladem toho, ţe se bude na tomto výzkumu pokračovat i v budoucnu. Prozatím nebyly baktericidní vlastnosti v plazmatu modifikovaných vzorků a vzorků bez ošetření plazmatem pomocí mikrobiologických metod potvrzeny. Je však třeba konstatovat, ţe se jednalo o prvotní orientační testy. Problémem můţe být např. doba kultivace, nadměrná vlhkost v Petriho misce, kde kultivace probíhala. Další moţností můţe být nízká koncentrace stříbra. Významnou roli do budoucna bude hrát optimalizace experimentálních podmínek

39 III. Literatura

40 1. Literatura [1] skripta: [2] [3] Konference: Medtec 99, Amsterdam, Europlasma technical paper, A new alternative for better modification of medical surfaces and textiles [4] Dhawan A.: Synthesis of block copolymers from cellulose nanoparticles via atom transfer radical polymerization, Thesis, 2007, North Carolina State University [5] Kačík F., Kačíková D., Jablonský M., Katuščák S.: Polymer Degradation and Stability, 2009, 94, [6] [7]článek: Nitroceluloza/Oxyceluloza [8] Blaţíček I., Černý P., Langr S., Uhlíř J.: Patentní listina- popis vynálezu k autorskému osvědčení: Způsob výroby práškové oxidované celulózy, 1986, č.s. AO č [9] Prezentace: Pavliňák D.: Modifikace materiálů v různých formách výbojového plazmatu, Ústav chemie, Masarykova univerzita, Brno, 2007 [10] Hora M., Eret E., Ürge T., Klečka J., Česká urologie, 2007, [11] R. Bodvik, A. Dedinaite, L. Karlson, M. Bergström, P. Bäverbäck, J. S. Pedersen, K. Edwards, G. Karlsson, I. Varga, P.M.Claesson, Aggregation and Network Formation of Aqueous Methylcellulose and Hydroxypropylmethylcellulose Solutions, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (2008), doi: /j.colsurfa [12] Mormino R., Bungay H.: Appl Microbiol Biotechnol (2003) 62: [13] Viviana P. Cyras, Commisso Ma. Soledad, Vázquez Analía: Polymer 50 (2009)

41 [14] Šindelář V., osobní sdělení, 2010 [15] Roohani M., Habibi Y., Belgacem N. M., Ebrahim G., Karimi A. N., Dufresne A.: European polymer journal, doi: /j.eurpolymj [16] Gert E. V., Torgashov V. I., Zubets O. V., Kaputskii F. N.: Macromolecular chemistry and polymeric materials, 2006, 79, [17] Šefr R.: Souhrnná zpráva z testování účinnosti lokálního hemostatika Traumastem Taf v onkologické chirurgii, 2007 [18] Machaňová D., Předúprava textilií I, skriptum TU, Liberec 2005, 2008, ISBN [19] Machaňová D., Předúprava textilií Návody na cvičení, skriptum TU, Liberec 2007, ISBN [20] Hartmann-rico, a.s.: Katalog výrobků, duben 2007, 8. Vydání [21] Novosad J., osobní sdělení, 2009 [22] Y. Chen, X. Zheng, Y. Xie, H. Ji, Ch.Ding, Surface and coating technology, 204,2009, [23] Březina F., Mollin J., Pastorek R., Šindelář Z, Chemické tabulky anorganických sloučenin 1. vydání, ISBN [24] Laňarová Jana, Diplomová práce, Univerzita Pardubice, 2008 [25] [26] Dr Terence Childs, Germ killing coatings, PPCJ- August 2005 [27] Gibbin B., Warner L., The role of antimicrobial silver nanotechnology, MDDI Article Index, 2005 [28] Perelshtein I., Applerot G., Perkas N., Guibert G., Mikhailov S., Gedanken A., Nanotechnology 19 (2008) (6pp)

42 [29] [30] [31] Otruba V., 5. kurz ICP spektrometrie, 2009 [32] Fridman A., Plasma chemistry, 2008,1.vydání, 1052s. [33] S. Leshkov, WDS'07 Proceedings of Contributed Papers, Part II, , 2007 [34] M. Šmídtová, Přírodovědci z MU zkoumají vyzţití plazmové [35] B. Šťastná, Vypracování vhodné metodiky studia výboje vysokotlaké vysokofrekvenční duté katody- plazmové tuţky,diplomová práce, 2003, Brno [36] M. Klíma,interní sdělení Ústavu fyzikální elektroniky, Masarykova Univerzita, [37] Kedroňová E., Studium redukčních vlastností v plazmatu vytvářeném plazmovou tuţkou, Bakalářská práce, 2008, Brno [38] skripta: P. Kania: [39] P. Klouda, Moderní analytické metody, 2003, 132s [40] M. Klíma, osobní sdělení, 2010 [41] D. Pavliňák, Diplomová práce, Masarykova univerzita,

43 2. Seznam obrázků a tabulek Obr. 1: Poly-1,4-ß-D-glukopyranosyl-D-glukopyranóza, str. 11 Obr. 2: Vodíkové vazby uvnitř molekuly celulózy, str. 12 Obr. 3: Nečistoty obklopeny hydroxyethylcelulózovými vlákny, str. 15 Obr. 4: Struktura oxycelulózy, str. 15 Obr. 5: Technologické schéma oxidace, str. 17 Obr. 6: Surgicel, str. 18 Obr. 7: Struktura modifikované celulózy: v methylcelulóze: R=H, CH 3 ; v hydroxypropylcelulóze: R=H, CH 3, CH 2 CH(OH)CH 3, str. 19 Obr. 8: Resekce jater, str. 22 Obr. 9: Pouţití Traumacelu při resekci jater, str. 22 Obr. 10: Bavlněné vlákno, str. 23 Obr. 11: Schéma výroby viskózy z celulózy, str. 24 Obr. 12: Kus ryzího přírodního stříbra, str. 28 Obr. 13: Princip reakce nanostříbra, str. 30 Obr. 14: Antimikrobiální mechanismus nanostříbra, str. 30 Obr. 15: Ukázka blesku, str. 33 Obr. 16: Plazmová tuţka, str. 36 Obr. 17: Pouţitá aparatura, str. 39 Obr. 18: Ultrazvukový zmlţovač, str. 41 Obr. 19: IČ spektrum bělené celulózy, str. 45 Obr. 20: IČ spektrum bělené celulózy s nanesenou vrstvičkou koloidního stříbra, str. 45 Obr. 21: IČ spektrum bělené celulózy ošetřené plazmatem, str. 46 Obr. 22: IČ spektrum bělené celulózy ošetřené plazmatem + aerosol koloidního stříbra, str. 46 Obr. 23: IČ spektrum vyprané bělené celulózy ošetřené plazmatem + aerosol koloidního stříbra, str. 47 Tabulka č. 1: Výsledky experimentů při oxidaci celulózy, str. 20 Tabulka č. 2: Přehled některých výrobků firmy Hartmann-rico, a.s., str