DE911322C - Verfahren zur Herstellung von Kollagengebilden - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fasern, Fäden und Bändern.

Die erfindungsgemäß hergestellten Fäden sind besonders für chirurgische Nähte brauchbar und besitzen entschiedene Vorzüge gegenüber Erzeugnissen, die normalerweise aus Därmen hergestellt werden und unter der Bezeichnung Katgut bekannt sind. Die vorliegenden kollagenhaltigen Gebilde lassen sich in unbegrenzter Länge herstellen, sie sind der ganzen Länge nach hinsichtlich Größe, Festigkeit und Zähigkeit einheitlich und verhalten sich gegen indirekte oder Hitzesterilisation gleichartig. Jeder gewünschte Grad an Gerbung kann derartigen Nähten in den üblichen Gerbbädern erteilt werden.

Kollagen ist ein Protein, das einen Bestandteil der Haut, der Felle, Sehnen und Muskeln der Wirbeltiere bildet und in diesen als faseriger Stoff mit einer Reihe von anderen Substanzen zusammen, wie Haaren, Elastin und anderen unlöslichen Bestandteilen, vorkommt, aus denen das Kollagen abgetrennt werden muß, bevor es mit Erfolg erfindungsgemäß verwendet werden kann.

Kollagen ist an und für sich in Wasser unlöslich, as es kann jedoch nach geeigneter Behandlung in Wasser bei erhöhter Temperatur in Gelatine umgewandelt werden. Wenn auch Gelatine und

Kollagen beide Proteine sind, so sind sie jedoch nicht gleichartig und nicht gleichwertig. Es ist bekannt, daß Gelatine in Wasser löslich ist; dies trifft aber für Kollagen nicht zu. Es muß ausdrücklich betont werden, daß in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen, in denen die Wörter Kollagen oder kollagenhaltige Stoffe gebraucht werden, das damit bezeichnete Material sich völlig von Gelatine ίο unterscheidet und die beiden Stoffe bei der Durchführung des Erfindungsgegenstandes sich gegenseitig nicht austauschen lassen.

Es ist bekannt, daß kollagenhaltiges Material

eine Faserstruktur besitzt. Es wurden früher zahlreiche Versuche gemacht, kontinuierliche Fäden aus kollagenhaltigem Material zur Verwendung für chirurgische Nähte und Bänder herzustellen. Bei den früheren Verfahren wurde das kollagenhaltige Material mit flüssigen Quellmitteln, wie anorganischen und organischen Säuren, behandelt, worauf das gequollene Material sorgfältig abgetrennt wurde, um die einzelnen gequollenen Fasern in unbeschädigtem Zustand so lange wie möglich zu erhalten. Somit wurde ein Gemisch einzelner kollagenhaltiger Fasern in dem flüssigen Quellmittel hergestellt, das nach Entfernung ungelöster, nicht kollagenhaltiger Stoffe in einem Koagulationsbad nach den üblichen Spinnverfahren zwecks Bildung von Fäden verformt wurde. Derartige Fäden waren deshalb aus einzelnen kollagenhaltigen Fasern und nicht aus einer wahren Lösung gebildet.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Kollagengebilden geschaffen, wobei kollagenhaltige Stoffe vor dem Verformen mit organischen Säuren behandelt werden. Dieses Verfahren besteht darin, daß man das mit organischen Säuren vorbehandelte und gequollene kollagenhaltige Material, vorzugsweise Kipsehäute, in Gegenwart einer Lösung von organischen Säuren bei einer Temperatur unter 30° mechanisch bis zum Entstehen einer wahren Lösung zerkleinert, die Kollagenlösung nach Befreiung von unlöslichen Bestandteilen und von Luft in einem Fällbad verformt und die Gebilde eventuell wäscht, trocknet und verzwirnt. Derartige Fäden lassen sich in jeder gewünschten Größe oder Form herstellen und entweder in dieser Form koagulieren oder spinnen, zwirnen oder in Form mehrerer Einzelfäden zu dickeren Fäden umwandeln. Sie lassen sich auf Grund ihrer Herstellungsweise in unbegrenzter Länge herstellen, wobei ihre Dimensionen in der ganzen Länge außerordentlich einheitlich sind.

Derartige Fäden können durch Verfahren, wie sie beim Gerben von Leder üblich sind, gegerbt werden, und daraus erzeugte Nähte lassen sich in verschiedenen Graden von Absorptionsfähigkeit durch das lebende Gewebe, wie es in der chirurgischen Praxis bei Verwendung von Wundnähten bekannt ist, herstellen.

So Tierische Felle oder Häute bilden im großen die am leichtesten zur Verfügung stehenden Ausgangsmaterialien für Kollagen. Es ist bei der Verwendung dieser Ausgangsmaterialien wünschenswert, daß die Felle nicht gekalkt sind. Es können frische oder grüngesalzene Kalbfelle, Kipse oder 6s andere Häute sein, die einen verhältnismäßig niedrigen Elastingehalt aufweisen. Rohe Kipse sind vorzuziehen, da das daraus gewonnene Kollagen im Vergleich zu dem aus Kalbfellen gewonnenen eine äußerst günstige Viscosität besitzt. Diese Felle werden bis zum reinen Corium, welches die Schicht der tierischen Haut darstellt, die die größte Menge Kollagen enthält, von der Unterhaut befreit und enthaart. Wenn grüngesalzene Häute verwendet werden, müssen die Häute vor dieser Behandlung eingeweicht werden und in der Weiche nach der Säuberung so lange belassen werden, bis sie fast salzfrei sind.

Nachdem das Corium zwecks bequemerer Behandlung in Streifen oder schmale Stücke zerschnitten worden ist, wird es mit einer verdünnten Lösung einer organischen Säure im p^-Bereich von 2 bis 4 bedeckt. Jede organische Säure ist hierzu brauchbar, obwohl 0,05 bis 0,10 normale Ameisensäure oder 0,5 bis 1,0 normale Essigsäure vorzuziehen ist. Es kann auch jede Konzentration einer anderen organischen Säure verwendet werden, wenn nur das pjj der Lösung innerhalb der angegebenen Werte gehalten wird.

Das Corium läßt man dann 16 bis 24 Stunden in der sauren Lösung bei 10 bis 30⁰ quellen. Bei diesem Quellen nimmt die Haut das gleiche bis dreifache Gewicht an Flüssigkeit auf; bei einer Temperatur unter 30⁰' wird hierbei die Bildung von Gelatine bestimmt vermieden.

Nach dem Quellen läßt man die überschüssige Flüssigkeit abfließen, dann wird das gequollene Corium mechanisch zerkleinert, z. B. in einem Fleischwolf oder Kleinschneider oder in einer anderen Zerkleinerungsvorrichtung, die die Kollagenfasern so weit zerreißen, daß die Auflösung beschleunigt wird. Bei der mechanischen Zerkleinerung entwickelt sich durch die Reibung meist Wärme, und deshalb ist es wichtig, dafür zu sorgen, daß die Temperatur des Materials während dieses Arbeitsvorganges unter 30°' bleibt.

Wenn die Zerkleinerung fein genug ist, befindet sich in diesem Stadium praktisch alles Kollagen in Lösung. Falls die Kollagenlösung hoch konzentriert ist, geliert sie bei 35⁰ oder darunter. Deshalb ist es erforderlich, die Lösung zur Abtrennung des gelösten Kollagens von den unlöslichen Bestandteilen etwas zu erwärmen, bis sie leicht flüssig geworden ist. Dies läßt sich bei einer Temperatur möglichst nicht über 6o° erreichen. Während des Erwärmens auf diese Temperatur lösen sich unter mechanischem Rühren die letzten Spuren des noch nicht gelösten Kollagens, und das Ganze kann dann zur Entfernung des Elastins, der Haarreste und anderer unlöslicher Bestandteile zentrifugiert und darauf durch ein Baumwollwattefilter filtriert werden. Das Filtrat stellt eic*; klare, hoch konzentrierte Lösung von Kollagen dar.

Wenn auch für Kollagen das vorteilhafteste Ausgangsprodukt Corium ist, da es den größten Kollagengehalt bei geringstem Gehalt an unlöslichen

Bestandteilen besitzt, kann es doch infolge der Verteilung des Kollagens durch die gesamte tierische Haut wünschenswert sein, die ganze Haut zu zerkleinern, danach das Kollagen in verdünnter Säure zu lösen und von den unlöslichen Bestandteilen abzutrennen. Ein derartiges Verfahren extrahiert fast alles verfügbare Kollagen, wenn es auch in seinen letzten Stufen infolge der besonders großen Mengen an unlöslichen Bestandteilen von dem

ίο obigen Verfahren etwas verschieden ist.

Die Konzentration der Kollagenlösung läßt sich auf den für das Spinnen geeigneten Gehalt durch Zufügen von weiteren Mengen verdünnter organischer Säure, wie sie zum Quellen und Lösen verwendet wird, bringen. Es empfiehlt sich, die Kollagenlösung auf eine Konzentration von 5 bis 15% Kollagen zu bringen, wenn auch Lösungen mit einem geringeren oder höheren Kollagengehalt sich verwenden lassen.

so . Vor dem Verformen muß die Lösung von Luft befreit werden, damit infolge des Durchgangs von Luft durch die Spinndüse keine Fadenzerreißungen eintreten. Wenn die Kollagenlösung etwas über die Temperatur erhitzt wird, bei der sie geliert, und

as dabei Vakuum oder teilweises Vakuum angewendet wird, läßt sich die Luft aus der Lösung leicht entfernen. Die warme Lösung kann dann durch geeignete Vorrichtungen zu einer Spinndüse gepumpt werden, wie sie in der Kunstseidenindustrie üblich und für unseren Zweck gut brauchbar ist, und darauf in ein Fällbad eingebracht werden.

Diese Art des Auspressens einer Lösung unterscheidet sich wesentlich von dem Auspressen eines Breies von gequollenem, nicht gelöstem Kollagen, das unlösliche Hautteile enthält. Eine derartige Methode besitzt keinerlei Vorteile, sondern nur Nachteile, da ziemlich große öffnungen zum Auspressen erforderlich sind und die entstandenen Fasergebilde hinsichtlich der Größe, der Festigkeit, und infolge ihres unterschiedlichen Kollagengehaltes nicht einheitlich sind.

Als Fällbäder sind starke Salzlösungen geeignet, z. B. eine 35 °/oige Lösung von Ammoniumsulfat mit so viel freiem Ammoniak, daß das pH 7,8 be-

+5 trägt, was dem isoelektrischen Punkt von Kollagen entspricht. Das freie Ammoniak wird für die Neutralisation der durch die Spinnlösung eingeführten organischen Säure benötigt. Ein anderes geeignetes Bad besteht aus 25 Gewichtsprozent Magnesiumsulfat, das mit Triäthanolamin auf p_H 7,8 gepuffert ist. Die Temperatur des Bades muß unabhängig von dem verwendeten Fällmittel auf 20 bis 30° gehalten werden.

Es wurde gefunden, daß sich Kollagenlösungen der obigen Konzentration in die Fällbäder aus Spinndüsen mit öffnungen von 50μ bis 1 mm, am besten von 75 bis 250 μ Durchmesser, auspressen lassen. Der Faden kann über mehrere Spinnräder, gewöhnlich Walzen genannt, geleitet werden, die mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit laufen, so daß der Faden gestreckt wird. Hierauf kann der Faden auf eine Drehspule aufgewickelt werden, die, falls erforderlich, eine weitere Streckung vollziehen kann. Brauchbare Fäden werden nach den obigen Ausführungen aus Spinndüsen mit öffnungen von 110μ im Durchmesser bei einer Geschwindigkeit von 80 m pro Minute gesponnen. Bei dieser Geschwindigkeit bleibt das ausgepreßte Material mit dem Fällbad nicht langer als 1 Sekunde in Berührung.

Das anhaftende Fällmittel läßt sich dann aus dem Faden durch Einführen in Wasser bei einer Temperatur unter der, bei der ein Aufweichen stattfindet, also unter 20°, herauswaschen. Der gewaschene Faden wird dann in warmer Luft, etwa Zimmertemperatur bis 6o°, erhitzt. Je niedriger die Temperatur ist, um so geringer ist die Schädigung des behandelten Materials.

Falls ein Faden mit mehreren Einzelfäden hergestellt werden soll, kann eine Spinndüse mit vielen Löchern verwendet werden. Beim Spinnen auf Spulen wird der entstandene Faden gewaschen, getrocknet und dann gezwirnt. Es ist auch möglich, den Faden während des Spinnens zu zwirnen, indem der Faden in einem Zentrifugaltopf, wie bei den Viscosekunstseidespinntöpfen, aufgewickelt wird.

Solche Fäden können in Bädern, wie sie für die Gerbung von chirurgischen Nähten aus Därmen gewöhnlich verwendet werden, gegerbt werden, um den Grad der Aufsaugfähigkeit durch den Körper, die für das Fertigprodukt charakteristisch ist, abzustimmen.

Es wurde bereits erwähnt, daß beim Verzwirnen der aus dem Fällbad kommenden, feuchten Einzelfäden, wenn diese feucht miteinander in Berührung bleiben, eine Vereinigung oder Kohäsion eintritt, so daß ein einheitlicher Faden aus Einzelfäden entsteht. Wenn also ein dicker zusammenhängender Faden aus einer Anzahl von.Einzelfäden gewünscht wird, ist es lediglich notwendig, die erforderliche Anzahl Einzelfäden in dem Fällbad zu verspinnen, sie miteinander in Berührung zu bringen und feucht zu halten, bis die Vereinigung stattgefunden hat. Auf diese Weise läßt sich jede Dicke oder Form eines Fadens oder Bandes einwandfrei herstellen.

Durch Verwendung geeigneter Walzen kann dem gesponnenen Faden jede gewünschte Streckung verliehen werden. Natürlich beeinflußt das Maß der Streckung in hohem Maß den Grad der Aus- no richtung der Einzelfäden in dem erhaltenen Faden. Durch Strecken des Fadens um 700% unter Verwendung einer Kombination von Walzen, die eine steigende Umfangsgeschwindigkeit besitzen, wurde eine genügende Ausrichtung erhalten.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung von Kollagengebilden, wobei kollagenhaltige Stoffe vor dem Verformen mit organischen Säuren behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit organischen Säuren vorbehandelte und gequollene kollagenhaltige Material, vorzugsweise Kipsehäute, in Gegenwart einer Lösung von organischen Säuren bei einer Temperatur unter 30⁰ mechanisch bis zum Entstehen einer wahren

   Lösung zerkleinert, die Kollagenlösung nach Befreiung von unlöslichen Bestandteilen und von Luft in einem Fällbad verformt und die Gebilde eventuell wäscht, trocknet und verzwirnt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung der organischen Säuren einen pjj-Wert von 2 bis 4 besitzt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das koagulierte Gebilde nach dem Auspressen um 700% gestreckt wird.
4. 4. Verfahren nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der kollagenhaltigen Substanz in der Kollagenlösung 5 bis 15 % beträgt.