Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0063

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0063
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева"
Название доклада
Разработка технологических решений по производству лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок
Докладчик
Филатов Сергей Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель данного проекта – разработка технологических решений по производству лабораторных наконечников для дозаторов емкостью 200 мкл и пробирок емкостью 1,5 мл для решения проблемы импортозамещения в области производства одноразовых полимерных изделий для медицинской диагностики.
В рамках проекта необходимо решить следующие основные задачи:
– разработать рецептуру прозрачного полимерного композиционного материала на основе полипропилена;
– спроектировать и изготовить техническую оснастку для получения лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок;
– разработать конструкторскую и технологическую документации на процесс производства экспериментальных образцов заявленных изделий.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время 100% лабораторного пластика ввозится в Россию из США, Китая, Голландии, Германии, Южной Кореи и т.д. Российская Федерация тратит значительные средства, ведь речь идет о закупке миллиардов единиц лабораторного пластика в год. Затраты на закупку составляют десятки миллиардов рублей в год, так как, например, один наконечник на 0,2 мл или одна пробирка на 1,5 мл стоят от двух до пяти рублей. В связи с чем, очевидна необходимость реализации проекта полного цикла по производству отечественного лабораторного пластика – от разработки до внедрения и замещения импорта.
Вместе с тем потребитель разрабатываемой продукции – это уже искушенный, имеющий возможность сравнения с импортными аналогами, человек. Поэтому отечественная разработка должна иметь качественные преимущества. В проекте данная проблема решается разработкой рецептуры пластика с использованием специально синтезированных легирующих добавок на основе олигосилоксанов и олигофосфазенов, что в совокупности с соответствующим проектированием и качественным изготовлением пресс-форм обеспечивает получение продукции с набором необходимых характеристик.
Описание исследования

Основной проблемой при изготовлении полимерных изделий для лабораторной и медицинской диагностики является выбор полимерного материала, т.к. он должен обеспечивать определенный набор эксплуатационных свойств, таких как герметичность, прозрачность, гладкость поверхности, низкая сорбция на поверхности биологических макромолекул – белков, нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. Разрабатываемые в данном проекте пробирка на 1,5 миллилитра и наконечник на объём дозирования от 20 до 200 микролитров должны быть прозрачными, так как исследователь визуально контролирует процесс отбора растворов. Пробирки, кроме того, должны обеспечивать высокую герметичность в закрытом состоянии в широком диапазоне температур – от минус 200С до плюс 80оС, а также выдерживать интенсивное перемешивание и высокоскоростное центрифугирование.

Одним из основных материалов, используемым в мире для производства лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок является полипропилен, однако применение его базовых марок для изготовления указанных изделий проблематично, ввиду  невозможности достижения ряда параметров, таких как прозрачность, устойчивость к стерилизации гамма-радиацией, по причине высокой степени кристалличности самого полимера. Поэтому существует необходимость дополнительно вводить компоненты в состав полипропилена, способствующие уменьшению его кристалличности, увеличению прозрачности конечных изделий и их физико-механических показателей. Вводимые в полипропилен соответствующие добавки могут играть роль структурообразователей (нуклеаторов) способствующих получению материала с улучшенными оптическими (повышенной прозрачностью, пониженной мутностью) и физико-механическими свойствами (твердость, модуль эластичности, прочность и др.). Введение нуклеатора в состав полипропилена будет приводить к формированию более совершенной кристаллической структуры за счёт увеличения числа центров кристаллизации при более высокой температуре, тем самым уменьшая размер кристаллических образований и сокращая время цикла в процессе литья под давлением, за счёт сокращения времени охлаждения изделия в форме, что изменяет механические и, в ряде случаев, оптические свойства нуклеированного материала.

Таким образом, для обеспечения заданных требований необходим, во-первых, подходящий по физическим свойствам полипропилен, а во-вторых, правильный подбор модификаторов.

Известно, что введение малых добавок олигомерных силоксанов в полипропилен улучшает процесс течения расплава этого полимера при переработке, а получаемые при этом изделия демонстрируют улучшение физико-механических характеристик вследствие эффекта межструктурной пластификации аморфной среды.

Известно также, что органоксифосфазены, особенно содержащие фосфорильные и кислотные группы могут выступать стабилизаторами-антиокислителями органических полимеров, в частности, полипропилена, а также проявлять нуклеирующие свойства.

Поэтому представляется целесообразным использовать для модификации полипропилена легирующие добавки на основе этих классов соединений, которые могут обеспечить с одной стороны облегчение течения расплава при формовании изделий и исключить возможные их дефекты (например, шероховатость носовой части пипетки), а с другой стороны способствовать большей стабильности изделий к термоокислительной деструкции при хранении и эксплуатации.

Кроме того, многие изделия и полипропилена, в частности пробирки и наконечники к дозаторам, должны обладать определенными антиадгезионными свойствами, то есть исключать образование капель рабочей жидкости на стенках изделий. Чаще всего такие изделия обрабатываются антиадгезивами, наиболее эффективными из которых являются, как правило, олигосилоксаны. Однако без фиксации их на поверхности полипропилена они как-правило быстро вымываются рабочей жидкостью. Разрабатываемые в рамках данного проекта новые модификаторы олигосилоксаны и олигофосфазены, помимо перечисленных выше достоинств, будут способствовать преданию конечному материалу антиадгезивных свойств. 

Результаты исследования

Были синтезированы два модификатора МС (модификатор силоксановый),  представляющий собой смесь циклических производных дифенилсилоксанов  и МФ (модификатор фосфазеновый) – циклотрифосфазен, содержащий в качестве боковых заместителей пара-кумарильные радикалы. Предполагалось, что силоксановый модификатор окажет благотворное влияние на морозостойкость и гидрофобность материала, а МФ положительно повлияет на нуклеацию полипропилена, а также за счет полисопряженной системы в молекуле повысит устойчивость к гамма-излучению. С использование указанных легирующих добавок разработана  рецептура прозрачного материала на основе полипропилена  для производства лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок, а на основании дополнительных патентных поисков поданы заявки на изобретения «Полимерная композиция для получения медицинский изделий» и «Способ получения п-акрилфеноксициклотрифосфазена».

Разработаны технические условия на прозрачный материал на основе полипропилена, составлен  технологический регламент на его изготовление и получены опытные образцы. На основе разработанного технического задания спроектированы и изготовлены литьевые формы для производства лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок. На основе составленного технологического регламента на производство опытных образцов лабораторных наконечников для дозаторов и пробирок изготовлены наконечники для дозаторов лабораторные и пробирки лабораторные на которые составлены технические условия.

Практическая значимость исследования
Получаемые медицинские изделия по разработанной в рамках проекта технологии решат проблему собственного производства в РФ лабораторного пластика для медицинской диагностики и для применения в работе лабораторий широкого профиля, в частности: диагностических лабораторий, лабораторий органов надзора и экспертизы, химических и биологических лабораторий системы безопасности и правопорядка, научно-исследовательских лабораторий Академии наук, ВУЗов, отраслевых институтов.
На основе разработанных решений, индустриальным партнером будет организовано серийное производство лабораторных расходных материалов из медицинского пластика, что будет способствовать импортозамещению в области медицинского пластика и сопутствующее этому снижение риска смертности и повышение качества жизни.