Изобретение относится к способам водоочистки, в частности, способу получения воды, не содержащей микроорганизмов и энтеротоксинов, выделяемых видами Vibrio cholerae и Shigella. Особенно полезной она может быть в чрезвычайных обстоятельствах, возникающих во время стихийных бедствий и в других ситуациях, когда трудно получить безопасную в микробиологическом отношении воду.
Одной из основных причин заболеваний и смертности среди малолетних детей в развивающихся странах является диарея. Это связано, главным образом, с плохим качеством воды в этих странах. Например, в 1985 г было установлено, что 59% сельского населения в этих странах не могло пользоваться безопасной водой. В чрезвычайных обстоятельствах, вызванных стихийными бедствиями, эпидемиями, войной и т.д. возможность получения безопасной воды становится еще более ограниченной, так как обычные методы очистки воды (фильтрация и химическая обработка), а также кипячение оказываются трудновыполнимыми.
Основными переносимыми водой микробными патогенами являются: Salmonella typhi, Salmonella paratyphi A, B и C, Entamoeba histolytica, Giardia lambbia, Vibrio cholerae shigella, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Vibrio parahaemolyticus, вирус гепатита А, ротавирусы и виды Oryptosporidium и Schistosoma. Кроме того, во время стихийного бедствия загрязненная вода может служить источником других инфекционных болезней. Одной из главных целей обработки воды является удаление из нее таких вредных организмов. Помимо этого некоторые подобные организмы могут образовывать энтеротоксины, которые высвобождаются из организмов и сами по себе способны вызывать болезнь при отсутствии микроба. Такие организмы включают два наиболее важных переносимых водой патогена, Vibrio cholerae и Shigella, вызывающих холеру и бактериальную дизентерию. Молекулярные массы этих энтеротоксинов составляют соответственно 90 кД и 82 кД. Поэтому идеальная система водоочистки также должна обеспечивать удаление этих энтеротоксинов, а также самих микробов.
Профилактика, связанная с получением чистой воды, является лучшим способом борьбы с этими болезнями. Лица, заразившиеся одной из этих инфекционных болезней, страдают гастроэнтеритом, который часто сопровождается диареей. У очень маленьких, очень старых и у плохо питающихся людей диарея ведет к смертельному исходу из-за сильного обезвоживания и выведения из организма электролита. Однако это состояние можно лечить с помощью "оральной регидратации", используя для этого водный раствор смеси сахаров и неорганических солей (Rehydration therapy in diarrhoea, D. Mohalanobis, "Acute enteric infections in ehifdreni new prospects for treatment and prevention", Eds. Holma. T. Holmgrem. I. Merso M. Molily R. Elsevier, 1981 г. с. 303-318). Типичный состав включает (г) 23,28 сахарозы, 16,36 глюкозы, 0,28 фруктозы, 1,76 лимонной кислоты, 1,76 хлористого натрия, 1,52 хлористого калия, 1,68 бикарбоната натрия на литр раствора. Однако эффективное действие также оказывают гораздо более простые cоставы, которые могут включать только глюкозу или сахарозу, хлористый натрий, хлористый калий и бикарбонат натрия. Самые простые составы для регидратации могут содержать только глюкозу и хлористый натрий, хотя предпочтительно, чтобы они также включали хлористый калий. Это простое, но эффективное лечение привело к значительному снижению детской смертности вследствие желудочно-кишечных инфекций. Необходимо отметить, что в отличие от тифа, холеры и некоторых форм дизентерии нет необходимости применять антибиотики для лечения большинства желудочно-кишечных инфекций, которые к тому же обычно отсутствуют в развивающихся странах.
Наиболее важным компонентами смеси, предназначенной для оральной регидратации, являются сахар, ионы натрия и ионы калия. Спорным вопросом являются оптимальные концентрации этих компонентов, и выпускаемые в настоящее время составы имеют следующие концентрации:
а) в случае смесей на основе глюкозы (Bank S and Farthing M.I.G. Advances in oral rehydration, Drugs Supplement, 36, 1988, p.p. 55, 83) ммоль/л: глюкоза 67-200 ионы натрия 35-90 ионы калия 10-25
b) в случае смесей на основе сахарозы (de Loysa I, Lindsay Smith E. Diarrhoea management and oral rehydration therapy in rural homes in Zimbabwe, save the Children Fund, 1983, p. 37) ммоль/л: сахароза 50-149 ионы натрия 30-100
В опубликованной литературе отмечалось, что возбудители вирусного менингита, ротавирусы и социты вида Cryptosporidium не разрушаются в результате хлорирования, что является обычным методом очистки воды из подозрительных источников.
Целью изобретения является повышение эффективности процесса получения нетоксичного раствора.
Настоящим изобретением предусматривается простой способ получения чистой воды, не содержащей патогенных микроорганизмов и энтеротоксинов видов V.cholerae и Shigella без необходимости химической дизинфекции или кипячения. Этот способ может меняться для получения питьевой воды или воды для приготовления пищи, для медицинских целей, таких как изготовление и введение лекарственных средств посредством инъекции или внутривенного вливания, для кровезаменителей или плазмозаменителей, а также для получения составов, предназначенных для оральной регидратации. Этот способ может применяться в развивающихся странах, в частности во время стихийных бедствий. Он также может использоваться в других странах любителями путешествий туристами и альпинистами для получения не содержащий микробов питьевой воды из ручьев и рек, и бригадами медицинской помощи, которые не имеют постоянного снабжения безопасной водой. Важным преимуществом настоящего способа является малый вес оборудования, необходимого для получения чистой воды.
Настоящим изобретением предусматривается способ получения нетоксичного раствора, по крайней мере одного водорастворимого твердого вещества, не содержащего микроорганизмов, в соответствии с которым твердое вещество или его концентрированный раствор помещается в резервуар, снабженный избирательно проницаемой мембраной, одна сторона которой соприкасается с указанным твердым веществом или его раствором, а другая сторона соприкасается с водой в течение заранее определенного минимального периода времени, в результате чего вода поступает в резервуар под действием осмоса, но при этом не допускается проникновение в этот резервуар микроорганизмов из воды.
Избирательно проницаемая мембрана обеспечивает прохождение воды и низкомолекулярных растворенных веществ в резервуар и из него. Поэтому, находясь в соприкосновении с водой, мембрана позволяет воде проникать в резервуар и растворять находящееся там твердое вещество. При увеличении времени контактирования большее количество воды проникает в резервуар под действием осмотического давления, в результате чего происходит разбавление раствора твердого вещества. Если молекулярная масса твердого вещества ниже молекулярной отсечки материала мембраны, это твердое вещество будет диффундировать из резервуара, при этом оба процесса приведут к постепенному разбавлению раствора. В зависимости от выбора твердого вещества, времени контактирования и условий контактирования этот способ позволяет получать растворы определенной концентрации или, продолжая этот процесс до достижения бесконечного разбавления, можно получить воду, почти не содержащую первоначального водорастворимого твердого вещества, которую можно использовать, например, в качестве питьевой воды. Одновременно с этим мембрана препятствует проникновению микроорганизмов и энтеротоксинов, образуемых такими видами, как V.cholerae и Shigella, в результате чего получаемая вода не буде содержать микроорганизмов и этих энтеротоксинов при условии, что водорастворимое твердое вещество и внутренняя поверхность резервуара являются стерильными и не загрязняются микроорганизмами во время работы. Конечно, в случае некоторых применений, таких как получение питьевой воды для здоровых людей, абсолютная стерильность не требуется; в таких ситуациях водорастворимое твердое вещество и внутренняя поверхность резервуара должны быть чистыми и не содержать вредных количеств патогенных микроорганизмов. В других применениях, связанных с получением растворов для внутривенного вливания, абсолютная стерильность является обязательной; в этих случаях водорастворимое твердое вещество и внутренняя поверхность резервуара должны изготавливаться в стерильных условиях или стерилизоваться после изготовления и сохраняться в стерильном состоянии до использования.
Термин "не содержащий микроорганизмов" означает, что этот продукт содержит менее 1 жизнеспособной клетки или споры в 1 мл.
Способ по настоящему изобретению может осуществляться с использованием выпускаемого промышленностью или специально изготовленного материала для избирательно проницаемой мембраны и водорастворимого твердого вещества (которое может быть стерилизовано при необходимости). Типичные мембранные материалы характеризуются молекулярной отсечкой в диапазоне 12-14 килодальтонов (кД), исключающей проникновение многоклеточных паразитов, простейших, бактерий, грибов и вирусов, которые могут находиться в воде снаружи трубки, а также энтеротоксинов, образуемых такими видами, как V.cholerae и Shigella. Некоторые энтеротоксины, такие как термостабильный энтеротоксин Escherichia coli, имеют более низкую молекулярную массу, но также могут задерживаться при использовании мембраны с молекулярной отсечкой, равной примерно 4 кД. Такие мембраны также задерживают эндотоксины, так как они имеют молекулярную массу, превышающую 1000 килодальтонов. Эндотоксины (пирогены бактериального происхождения) входят в состав стенок грамотрицательных бактерий, при этом необходимо, чтобы все растворы, предназначенные для внутривенного вливания, не содержали эндотоксинов. При условии, что внутренняя поверхность полупроницаемой мембраны и ее содержимое являются стерильными и не содержат эндотоксинов, настоящее изобретение можно использовать для получения растворов, предназначенных для внутривенного введения.
Существует целый ряд полупроницаемых материалов с различными молекулярными отсечками, что создает широкий выбор. Эти материалы включают:
целлюлозу широко используемую для демонстрации явления осмоса и при очистке веществ посредством диализа;
целлофан;
бензоилированную целлюлозу;
вискозную целлюлозу;
коллаген.
Предпочтительным материалом является целлюлоза, так как ее можно получить в очень чистой форме, она нетоксична, с трудом рвется или лопается во влажном состоянии и может оставаться в воде в течение длительных периодов времени без ухудшения качества.
Предпочтительная молекулярная отсечка составляет 12-14 кД, так как она позволяет исключить все микробы и важные энтеротоксины (то есть энтеротоксины Vibrio cholerae, Shigella, Сampylobacter jejuni и термонестабильный энетротоксин Escherichia coli). Кроме того этот материал наиболее широко используется для диализа и поэтому является дешевым и легко доступным.
В некоторых применениях этого способа твердое вещество присутствует только для обеспечения проникновения воды и должно полностью удаляться перед использованием воды. В такой ситуации характер твердого вещества не имеет значения, однако предпочтительно, чтобы он имел низкую молекулярную массу и был нетоксичным, по крайней мере в конечной (минимальной) концентрации. Совершенно ясно, что, если необходимо полностью удалить твердое вещество посредством диффузии, его молекулярная масса должна быть ниже молекулярной отсечки мембраны.
В других применениях необходимо, чтобы твердое вещество присутствовало в конечном растворе, полученном в соответствии с этим способом. Твердое вещество может полностью сохраняться в резервуаре, если его молекулярная масса выше молекулярной отсечки мембраны, как это имеет место в случае декстринов, декстранов или определенных водорастворимых глюкозных полимеров. В случае твердых веществ, которые должны оставаться в конечном растворе, но имеют молекулярную массу ниже величины отсечки мембраны, необходимо установить баланс между потерями, происходящими в результате попадания этого вещества в воду за пределами резервуара, и временем, необходимым для обеспечения поступления достаточного количества воды с целью получения необходимой конечной концентрации.
Для получения воды с минимальной концентрацией твердого вещества предпочтительно обеспечить контактирование мембраны с проточной водой. При необходимости достижения определенной конечной концентрации это может осуществляться с использованием проточной воды, но предпочтительно с применением заранее определенного исходного объема воды: в последнем случае вода может находиться в статическом состоянии или перемешиваться.
Минимальное время, необходимое для достижения желаемой конечной концентрации растворенных веществ, можно определить с помощью простого метода проб и ошибок. Маловероятно, что это время составит менее 1 мин, и соображения удобства показывают, что периоды, превышающие 2 дня, вероятно, не будут представлять практического интереса. Желаемые конечные концентрации обычно могут достигаться в течением периода времени от 1 до 24 ч, предпочтительно от 2 до 12 ч, например, в течение 3, 4, 6, 8 или 10 ч.
Если желательно использовать несколько твердых веществ внутри резервуара, например, для изготовления продуктов питания, которые представляют суспензии твердых веществ, необходимо, чтобы эта смесь включала по крайней мере одно растворимое твердое вещество с целью создания осмотического давления, которое будет способствовать поступлению желаемого количества воды.
Если в резервуаре находятся два или большее число твердых веществ, растворяющихся в воде, и желательно получить раствор с определенной концентрацией каждого твердого вещества, то исходные количества всех твердых веществ необходимо отрегулировать с учетом осмотического эффекта и скорости диффузии из резервуара каждого вещества. Более детальное рассмотрение этого процесса будет дано в приводимых ниже примерах. В таком случае предпочтительно, чтобы мембрана контактировала с заранее определенным исходным объемом воды, при этом можно использовать метод проб и ошибок для определения необходимого минимального (и максимального) времени контактирования.
Простым способом достижения конечной концентрации растворенного вещества, молекулярная масса которого меньше молекулярной отсечки мембраны, является контактирование мембраны с заранее определенным исходным объемом воды и продолжение контактирования с перемешиванием или без него до достижения равновесия между концентрациями внутри и снаружи резервуара. Если в резервуаре находится достаточное количество твердого вещества для достижения желаемой концентрации в заранее определенном исходном объеме воды, то заранее определенное минимальное время контактирования представляет время, необходимое для установления равновесия. Аналогичный способ может применяться и тогда, когда водорастворимое твердое вещество представляет собой смесь растворенных веществ, из которых одно или несколько веществ имеют молекулярную массу ниже молекулярной отсечки мембраны. При этом контактирование с водой продолжается до тех пор, пока все растворенные вещества не достигают равновесия.
При выборе твердого вещества, предназначенного для использования в настоящем изобретении, необходимо учесть водопоглотительный эффект различных растворенных веществ. Поскольку осмотическое давление частично определяется количеством частиц в растворе, низкомолекулярное растворенное вещество приведет к созданию более высокого осмотического давления по сравнению с высокомолекулярным растворенным веществом. Однако диффузия воды внутрь происходит в течение ограниченного периода времени, так что тенденция, низкомолекулярного вещества быстро диффундировать из резервуара приведет к снижению его водопоглотительного эффекта. Например, ионы хлористого натрия быстро диффундируют сквозь целлюлозные мембраны и оказывают незначительное воздействие на объем воды, поглощаемый смесью хлористого натрия и глюкозы, сахарозы или фруктозы. Сахара фактически поглощают гораздо большие количества воды, как это видно из приводимых ниже примеров.
Другие водорастворимые твердые вещества, которые могут помещаться в этот резервуар, представляют сухие продукты крови, крове- или плазмозаменители, компоненты более сложных составов для оральной регидратации, такие как другие электролиты или аминокислоты, и питательные компоненты, такие как сухие питательные вещества, сухое молоко и частично обезвоженная пища, содержащая водорастворимые твердые вещества. Такие твердые вещества могут добавляться к питательному компоненту, если они отсутствуют в самом компоненте. Другими предпочтительными твердыми веществами, предназначенными для поглощения воды и получения продуктов питания, являются растворимые вещества рисовой муки и рисовая мука. Питательные суспензии, получаемые в соответствии со способом по настоящему изобретению, можно нагревать во время или после поглощения воды водорастворимым твердым веществом.
В соответствии со способом по настоящему изобретению можно получать составы для оральной регидратации на основе сахара, такого как глюкоза, сахароза, или фруктоза, и по крайней мере одного электролита, такого как хлористый натрий. Предпочтительно их получают путем контактирования мембраны с заранее определенным исходным объемом воды в течение периода времени, достаточного для достижения равновесия электролита (электролитов) внутри и снаружи резервуара и диффундирования сахара наружу, в результате чего внутри резервуара достигаются желаемые концентрации сахара и электролита.
Другие растворенные вещества при условии, что их молекулярная масса меньше молекулярной отсечки материала мембраны, могут вводиться в резервуар под действием диффузии из внешней (грязной) воды или во время начального поглощения воды водорастворимым твердым веществом, или на последующей стадии разделения.
Определенным аспектом настоящего изобретения предусматривается способ, который включает введение смеси химических веществ с известным составом в трубку, изготовленную из полупроницаемого материала (то есть материала, который обеспечивает прохождение молекул ниже определенной молекулярной массы "молекулярная отсечка"), герметизацию трубки с обеих концов (путем завязывания узлов или другим способом) и последующее погружение этой трубки в воду. Вода, находящаяся снаружи трубки, проходит через полупроницаемую мембрану, образуя концентрированный раствор смеси внутри трубки. Поскольку этот концентрированный раствор имеет более высокое осмотическое давление по сравнению с водой снаружи трубки, все большее количество воды диффундирует в трубку, в результате чего общий объем раствора внутри трубки постепенно увеличивается. В то же время некоторое количество смеси постепенно выходит из трубки, так как мембрана является проницаемой для компонентов этой смеси. Если молекулярная отсечка полупроницаемого материала составляет 12-14 кД, то простейшие бактерии, грибы и вирусы, которые могут находиться в воде снаружи трубки, не смогут попасть в раствор, содержащийся внутри трубки. Более того, большинство энтеротоксинов, образуемых переносимыми водой патогенами, также являются слишком крупными для прохождения сквозь мембрану в раствор. Поэтому внутри трубки образуется раствор, не содержащий микробов и наиболее важных энтеротоксинов при условии, что внутренняя поверхность трубки и водорастворимое твердое вещество первоначально не содержали таких микробов и энтеротоксинов.
Кроме получения воды, не содержащей микробов, настоящим изобретением также предусматривается получение раствора, пригодного для оральной регидратации, если принимается во внимание длительность погружения трубки в воду. Необходимая длительность погружения зависит от материала или конструкции трубки, а также количества и состава исходной смеси, находящейся внутри трубки (см. приводимый ниже пример).
Резервуар и мембрана, используемые в настоящем изобретении, могут иметь любую удобную форму. Для получения питьевой воды в большом количестве резервуар может быть снабжен мембраной с большой площадью поверхности, форма которой позволяет контактировать с проточной или стоячей водой, такой как река или водохранилище, при этом в резервуаре может предусматриваться приспособление для добавления водорастворимого твердого вещества и/или удаления очищенной воды. Для получения чистой воды в меньшем количестве, например, при изготовлении отдельных доз состава для оральной гидратации, резервуар может представлять собой мембрану в форме трубки, имеющей по крайней мере один закрытый конец. Такой резервуар (или по крайней мере его закрытый конец) погружают в ведро или кувшин с водой с целью получения состава в количестве от нескольких миллилитров до 1 л, например, от 50 мл до 500 мл, предпочтительно от 100 мл до 200 мл состава для оральной регидратации по истечении заранее определенного минимального периода погружения. В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения данный резервуар может быть заключен в наружный резервуар, составляющий с ним одно целое и предназначенный для грязной воды, подлежащей очистке, и/или снабженный приспособлением для удаления очищенной воды, таким как сливное отверстие, питьевая трубка, перегородка, игла для инъекций с соединенным с ней шприцем или аппаратом для внутривенных вливаний.
В соответствии с другими вариантами осуществления этого изобретения резервуар может представлять устройство повторного использования и включать несколько вариантов водонепроницаемых герметичных отделений, содержащий определенные количества водорастворимого твердого вещества. При каждом повторном использовании этого резервуара открывается одно такое отделение для удаления находящегося в нем твердого вещества. Эти отделения могут иметь обычное приспособление для открытия, такое как винтовые или защелкивающиеся крышки, разрывные полосы или другие слабые участки, либо они могут открываться путем разрезания или разрывания в зависимости от материала, способа изготовления и предполагаемого использования. В резервуаре могут предусматриваться отделения, содержащие определенные количества лекарственных средств, дополнительных растворимых веществ, нерастворяемых материалов или жидкостей, при этом содержимое этих отделений может попадать в очищенную воду сразу после отделения мембраны от грязной исходной воды. С помощью этого может достигаться точное дозирование и не допускаться проникновение в результате диффундирования в исходную воду дорогих или редких материалов. Для некоторых применений резервуары, содержащие мембрану и по крайней мере одно водорастворимое твердое вещество, могут изготавливаться в виде непрерывного рулона с разрываемыми перфорациями или другим приспособлением для отделения отдельных резервуаров от рулона с многочисленными резервуарами. Резервуары также могут быть снабжены приспособлением, обеспечивающим защиту мембраны и/или других хрупких, тонких или стерильных компонентов во время транспортировки и хранения. Резервуар также может быть оборудован суспендирующим приспособлением. Также может быть предусмотрено приспособление для предотвращения доступа к чистому раствору до тех пор, пока не будет удалена грязная вода.
При проектировании резервуаров, оснащенных мембраной (или состоящих из мембраны) и предназначенных для использования в настоящем изобретении, необходимо предусмотреть достаточный внутренний объем, обеспечивающий содержание желаемого конечного объема очищенной воды, причем достижение этого предпочтительно без создания какого-либо обратного давления. Такое обратное давление будет отвлекать от осмотического давления, создаваемого растворенными веществами, и в наиболее серьезных случаях может вызвать разрушение мембраны, что приведет к потере или загрязнению очищенной воды. Приспособление для удаления очищенной воды из резервуара должно проектироваться с учетом предотвращения загрязнения из внешней среды, и, в частности, грязной водой, которая контактировала с мембраной (и резервуаром).
Резервуар также может быть снабжен приспособлением, указывающим, что истекло заранее определенное минимальное время контактирования, и/или приспособлением, показывающим, что внутренняя поверхность резервуара перестала быть стерильной. Это может достигаться, например, путем индикации загрязнения с помощью высокомолекулярного синего декстрата, помещаемого с наружной стороны мембраны, в результате чего загрязненная вода окрашивается. Таким образом, любое загрязнение "стерильного" растворенного вещества (например, если мембрана была пробита) будет показываться синей окраской раствора. Для индикации концентрации соли и сахара можно использовать индикаторную бумагу, аналогичную той, которая применяется при анализе мочи. Такие бумажные полоски могут иметь несколько участков с различными индикаторами, предназначенными для цветной индикации (например, показателя рН, концентрации глюкозы, хлористого натрия и хлористого калия. Индикаторные бумажные полоски этого типа выпускаются фирмой "BDH Лимитед" (Пул, Соединенное Королевство).
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предпочтительная форма материала представляет длинную узкую трубку, так как это позволяет увеличить соотношение площади поверхности и объема, обеспечивая более быстрое поглощение воды. Предлагается ряд составов для оральной регидратации, самый простой из которых представляет раствор "глюкозного электролита", рекомендованный Всемирной организацией здравоохранения. Этот состав включает (ммоль/л) натрий 90, калий 20, хлорид 80, бикарбонат 30 и глюкозу 11. Более сложный состав содержит (ммоль/л) натрий 50, калий 20, хлорид 50, бикарбонат 20, глюкозу 91, фруктозу 2, сахарозу 94, цитрат 9.
В эти составы могут добавляться ароматизаторы, а также высокомолекулярные растворимые белки и/или полисахариды и любые другие компоненты, необходимые в конечном растворе.
Система водоочистки предпочтительно представляет длинную полупроницаемую трубку, содержащую смесь для оральной регидратации или другую смесь химических соединений. Эта трубка герметизируется с одного конца с помощью зажима или узла, либо сварки или склеивания. Другой конец предпочтительно герметизируется с помощью зажима с тем, чтобы после погружения этой трубки в воду на ночь (или на другой период времени) ее можно было бы открыть и получить доступ к находящейся внутри чистой воде. После погружения трубки в воду на ночь (или на другой необходимый период времени) пользователь вынимает трубку из воды, отбирает воду с наружной поверхности трубки, удаляет зажим и либо выливает содержимое трубки в емкость для питья, либо пьет непосредственно из трубки, используя открытый конец трубки в качестве выходного отверстия. Затем трубка предпочтительно выбрасывается, и поскольку она является биоразрушаемой, то может использоваться для изготовления компоста и улучшения структуры почвы. Альтернативно, система водоочистки может поставляться в виде комплекта, включающего: 1) длинную полупроницаемую трубку, герметизированную с одного конца и снабженную воронкой с другого конца; 2) зажим для временной герметизации открытого конца при погружении трубки в воду; 3) смесь для оральной регидратации или другую смесь химических соединений. Пользователь выливает смесь в трубку через воронкообразный конец, уплотняет воронкообразный конец с помощью зажима и погружает трубку в воду. По истечении соответствующего периода погружения пользователь вынимает трубку из воды, обтирает воду с наружной поверхности трубки, удаляет зажим и выливает раствор в емкость для питья или пьет раствор непосредственно из трубки, используя воронкообразный конец в качестве выходного отверстия. После этого трубка предпочтительно выбрасывается, так как повторное заполнение свежей смесью представляет трудности в техническом отношении, когда трубка является мокрой, кроме того при недостаточной осторожности может произойти загрязнение внутренней поверхности трубки.
Если это изобретения предполагается использовать в развивающихся странах только в качестве источника чистой воды, не содержащей микробов, а не для получения состава для регидратационной терапии, то диапазон составов смесей, заключаемых в трубку, значительно расширяется. Для этой цели, например, можно значительно увеличить общее содержание сахара (так как конечная концентрация не имеет столь критического значения, как в случае состава для оральной регидратации), в результате чего соответственно увеличивается скорость диффузии, а длительность погружения трубки сокращается. Кроме того в эту смесь могут включаться высокомолекулярные водорастворимые белки и/или полисахариды, так как они также увеличивают скорость поглощения воды. Помимо этого большое значение представляют ароматизаторы, позволяющие улучшить вкусовые качества питьевой воды.
Настоящим изобретением далее предусматриваются резервуары, предназначенные для осуществления вышеописанного способа, а также их использование для получения очищенной воды и медикаментов, и способы лечения человека или животного с помощью растворов, полученных в соответствии со способом по этому изобретению. Такие растворы, резервуары и способы образуют еще один аспект настоящего изобретения.
Определенные области, в которых может применяться настоящее изобретения, включают:
способ получения раствора нетоксичных водорастворимых твердых веществ, служащих для создания осмотического давления, который не содержит микроорганизмов и энтеротоксинов, образуемых видами Vibrio cholerae, отличающийся тем, что он включает погружение в воду смеси указанных соединений, находящейся в герметизированном резервуаре для питья, снабженном мембраной, которая является избирательно проницаемой, позволяя воде проникать в резервуар под действием осмоса, но задерживая микроорганизмы и молекулы, молекулярная масса которых превышает 70 кД, до тех пор, пока в резервуар не поступит достаточное количество воды для растворения солей и разбавления их до концентрации, которая делает полученный раствор пригодным для питья;
аналогичный способ, отличающийся тем, что резервуар представляет трубку, герметизированную с обоих концов, причем один конец этой трубки может быть открыт для использования в качестве сливного отверстия или для питья;
аналогичный способ, отличающийся тем, что мембрана препятствует прохождению молекул с молекулярной массой выше 12 кД;
аналогичный способ, отличающийся тем, что мембрана изготавливается из целлюлозы или из ее производной или регенерированной формы;
аналогичный способ, отличающийся тем, что нетоксичные водорастворимые соли образуют смесь, состав которой позволяет получить раствор, пригодный для оральной регидратационной терапии;
комплект, предназначенный для использования при осуществлении описанного здесь способа, который включает: 1) смесь твердых химических соединений для регидратационной терапии; 2) емкость для питья, оснащенную описанной здесь мембраной; 3) приспособление для временной герметизации указанной емкости при погружении ее в воду;
аналогичный комплект, отличающийся тем, что емкость для питья представляет трубку, герметично закрытую с одного конца и снабженную зажимом с другого конца для временного уплотнения;
аналогичный комплект, отличающийся тем, что в емкость для питья помещают смесь химических соединений;
аналогичный комплект, отличающийся тем, что он далее включает воронку, соединенную с указанной емкостью, которая образует сливное отверстие для безопасного питья из резервуара и приспособление для заполнения этого резервуара солями;
аналогичный комплект, отличающийся тем, что мембрана препятствует проникновению молекул с молекулярной массой, превышающей 12 кД;
аналогичный комплект, отличающийся тем, что мембрана изготавливается из целлюлозы или ее производной или регенерированной формы;
применение осмоса для получения воды с целью растворения смеси водорастворимых химических соединений, в результате чего образуется раствор для питья или для регидратационной терапии, в сочетании с одновременным диализом для удаления из раствора микроорганизмов или вредных высокомолекулярных веществ, причем для осмоса и диализа используется одна и та же мембрана.
На фиг. 1 представлен вид спереди резервуара с частичным вырезом, предназначенного для использования в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 вид сбоку устройства, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3 вид спереди альтернативного резервуара, предназначенного для использования в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 4 график, показывающий результаты, приведенные в примере 2.
На фиг. 1 изображен резервуар 1, включающий приспособление для подвешивания 2, заливочное отверстие 3 с пробкой и перегороженный выступ 4, служащий для удаления очищенной воды. Внутри резервуара имеются два отделения соответственно для грязной воды 5 и для очищенной воды 6, которые отделены друг от друга сепаратором 7, представляющим избирательно проницаемую мембрану, образующую водонепроницаемое уплотнение со стенками резервуара. В отделение 6 вводится определенное количество водорастворимого твердого вещества 8, которое соприкасается с сепаратором 7.
В процессе использования грязная вода заливается в отделение 5 через заливочное отверстие до заранее определенного уровня, и резервуар подвешивается на соответствующий крюк на период времени, в течение которого отделение 6 заполняется чистой водой. Оставшуюся грязную воду можно слить через заливочное отверстие 3 до удаления очищенной воды через перегороженный выступ 4.
Могут предусматриваться альтернативные заливочные приспособления и приспособления для удаления очищенной воды, такие как краны или носики. Необязательно, чтобы сепаратор между двумя отделениями полностью изготавливался из частично проницаемого материала мембраны, достаточно, если из такого материала изготавливается часть сепаратора 7, соприкасающаяся с твердым веществом 8. Расположение сепаратора 7 внутри резервуара не имеет значения, при этом предлагается такие альтернативы, как горизонтальный или диагональный сепаратор.
Альтернативный резервуар, предназначенный для использования в соответствии с настоящим изобретением, представляет резервуар, изображенный на фиг. 3, но вместо единого количества твердого вещества 8, как это показано на фиг. 1, 2, в нем расположено несколько саше 10, состоящих из твердого вещества или концентрированного раствора твердого вещества.
Резервуар, изображенный на фиг. 3, используется следующим образом. Разрывается одно из саше 10 и твердое вещество вводится в соприкосновение с мембраной в сепараторе 7, после этого отделение 6 заполняется грязной водой, а очищенная вода удаляется так, как описывалось выше. После сливания оставшейся грязной воды и удаления очищенной воды этот резервуар можно повторно использовать, разорвав второе саше 10 и залив в резервуар новый объем грязной воды. Могут предусматриваться дополнительные саше, содержащие твердые или жидкие компоненты, такие как лекарственные средства, которые разрываются, и их содержимое в виде твердых или жидких компонентов высвобождается в очищенную воду. Отделение для очищенной воды может быть разделено на несколько герметичных отделений, в каждое из которых помещается порция или несколько порций водорастворимого твердого вещества и каждое из которых имеет полупроницаемую мембрану и приспособление для удаления воды.
Различные саше могут быть закодированы своим кодом, например, они могут быть окрашены различными цветами и содержать определенные вещества, предназначенные для добавления в раствор.
В соответствии с настоящим изобретением предусматриваются многие другие варианты резервуара.
Это изобретение далее иллюстрируется следующим примерами, которые никоим образом не ограничивают объем притязаний.
П р и м е р 1. Следующие эксперименты выполняли с целью определения условий для получения состава для оральной регидратации в соответствии со способом по настоящему изобретению. Если нет специального указания, то предполагается, что определения глюкозы выполнялись с использованием "Техникома" (торговая марка /RA1000/ Техникон, Басингстоук, Соединенное Королевство), а концентрации ионов натрия и калия определяли с помощью пламенного фотометра IL 343 (фирма "Инструментейшн лабораториз лмт", Ворингтон, Соединенное Королевство). Во многих случаях растворы, предназначенные для анализа, первоначально разбавляли до необходимой степени.
Э к с п е р и м е н т 1. 40-граммовые порции следующего состава: 20 частей глюкозы, 5,25 частей хлористого натрия, 1,5 части хлористого калия (все части являются весовыми) помещали в секции целлюлозной трубки для диализа с диаметром 38 мм или 29 мм, которую затем герметизировали с обоих концов. Секции трубки с диаметром 29 мм погружали в 1 л неподвижной воды при температуре 17 или 30оС. Полученные результаты приведены в табл. 1-6.
Использование данного состава в проточной воде не обеспечивает необходимого баланса глюкозы (ионов натрия) ионов калия для оральной регидратационной терапии. В результате погружения на 8 ч или больше этот состав позволяет получить стерильный раствор глюкозы, предназначенный для питья (табл. 1-4).
Использование этого состава в постоянном внешнем объеме воды позволяет получить раствор с правильным балансом глюкозы и солей для оральной регидратации (табл. 5 и 6).
Повышение температуры от 17 до 30оС ведет к увеличению скорости поглощения воды и скорости достижения равновесия между глюкозой и солями (табл. 5 и 6).
Диаметр трубки, по-видимому, оказывает влияние на скорость поглощения воды и состав образующегося раствора. Трубка с меньшим диаметром характеризуется большей скоростью поглощения воды и потерями глюкозы и солей по сравнению с трубкой, имеющей больший диаметр (табл. 1 и 2). Это, вероятно, связано с большим соотношением площади поверхности и объема.
Э к с п е р и м е н т 2. Целью этого эксперимента является изучение влияния изменения внешнего объема воды на поглощение воды и состав получаемого раствора.
10-граммовые порции смеси глюкозы, хлористого натрия и хлористого калия, аналогичные той, которая использовалась в эксперименте 1, помещали в трубку длиной 22 см и диаметром 29 мм, которую затем погружали в 50-600 мл воды при температуре 30оС. Внутренний объем и концентрации измеряли через 24 ч. Полученные результаты приведены в табл. 7.
Изменение объема воды, в которую погружается этот состав, влияет на общий объем поглощенной воды и состав получаемого раствора. Из полученных результатов видно, что можно получить раствор для оральной регидратации, имеющий соответствующий состав, путем погружения 100 г вышеуказанного состава в 400-500 мл воды.
Э к с п е р и м е н т 3. Следующий эксперимент выполнялся с целью изучения влияния изменения состава смеси на состав получаемого раствора.
Использовали новый состав, содержащий 5,22 части хлористого натрия, 1,125 части хлористого калия и различные количества глюкозы, составляющие от 16 до 32 весовых частей. Порции этой смеси помещали в трубку с диаметром 29 мм и выдерживали в 1 л воды при температуре 30оС. Внутренний объем и концентрации измеряли через 24 ч, полученные результаты приведены в табл. 8.
Этот эксперимент повторяли с использованием смеси, включающей 36 г глюкозы, 10,44 г хлористого натрия и 2,25 г хлористого калия, которую помещали в трубку с диаметром 29 мм и погружали в 2 л воды при температуре 30оС на 18 и 24 ч. Полученные результаты приведены в табл. 9.
Если смесь, содержащую от 16 г до 20 г глюкозы, 5,22 г хлористого натрия и 1,125 г хлористого калия, погружают в 1 л воды; образуются растворы, пригодные для оральной регидратационной терапии (табл. 8).
Большие объемы растворов, пригодных для оральной регидратационной терапии, можно получить при использовании больших количеств смеси при условии увеличения объема воды, в которую она погружается (табл. 9).
Э к с п е р и м е н т 4. Повторяли эксперимент 3 с использованием смеси, содержащей 18 г глюкозы, 5,22 г хлористого натрия и 1,125 г хлористого калия, которую помещали в трубку с диаметром 29 мм и выдерживали в 1 л воды при температуре 4оС. Концентрацию глюкозы определяли с помощью диагностического набора, выпускаемого фирмой "Сигма лмт", (Пул, Соединенное Королевство). Концентрации ионов натрия определяли с помощью чувствительного к натрию электрода (фирма "Фатман Интернейшнл лмт", Мейдстоун, Соединенное Королевство). Полученные результаты приведены в табл. 10.
Полученные результаты показывают, что растворы, пригодные для оральной регидратационной терапии, можно получить в течение 24 ч даже при температуре воды, равной 4оС.
Э к с п е р и м е н т 5. Хотя для применения в оральной регидратационной терапии рекомендуются растворы, содержащие глюкозу, хлористый натрий и хлористый калий, было продемонстрировано, что эффективное действие могут оказывать более простые составы, содержащие только сахарозу и хлористый натрий.
Порции, содержащие 50 г сахарозы и 120 г хлористого натрия, помещали в секции 38 мм трубки и погружали в проточную воду при комнатной температуре на различные периоды времени, при этом измеряли внутренний объем и концентрации. Концентрации сахарозы определяли с помощью метода на основе фенола и серной кислоты, предложенного Любоисом и др. (Аналитическая химия, 1966, 39, р. 350-356). Концентрации ионов натрия определяли с помощью чувствительного к натрию электрода (фирма "Фатман интернейшнл лмт"). Полученные результаты приведены в табл. 11.
Скорость поглощения воды и состав раствора зависят от диаметра используемой трубки. С использованием 83 мм трубки большие количества (650 мл) раствора, пригодного для оральной регидратации, были получены через 16 ч (табл. 11). При увеличении периода погружения свыше 16 ч этот метод также оказывается полезным для получения больших количеств стерильных растворов, содержащих сахарозу, для питья и других целей. Поглощение воды сахарозой является значительно более эффективным, чем при использовании глюкозы.
Э к с п е р и м е н т 6. Целью этого эксперимента было изучение процесса погружения смесей, содержащих сахарозу, в постоянные объемы воды. Порции следующих смесей помещали внутрь секций 32 мм трубки и погружали в воду при температуре 30оС на различные периоды времени, при этом измеряли внутренний объем и концентрации. Полученные результаты приведены в табл. 12.
A. 20 г сахара, 5,22 г NaCl, 1,13 г KCl.
B. 20 г сахарозы, 7,83 г NaCl, 1,69 г KCl.
С. 20 г сахарозы, 10,44 г NaCl, 2,25 г KCl.
D. 30 г сахарозы, 5,22 г NaCl, 1,13 г KCl.
Растворы, имеющие состав, пригодный для оральной регидратации, можно получить только после 8-часового погружения в 1, 1,5 л или 2 л воды (табл. 12). Поглощение воды сахарозой значительно эффективнее поглощения, обеспечиваемого глюкозой.
Э к с п е р и м е н т 7. Целью описанных ниже экспериментов было изучение способности мембраны исключать проникновения частиц, присутствующих во внешнем растворе.
38 мм трубку, содержащую 40 г смеси глюкозы, хлористого натрия и хлористого калия, погружали в неподвижную воду, содержащую Pseudomonas aeruginosa и синий декстран (0,2 г/л, молекулярная масса 2 х 106 Д).
Конечная оптическая плотность жидкости снаружи трубки: А 620=0,241.
Конечная оптическая плотность жидкости внутри трубки: А620=0.
Содержание псевдомонад в жидкости снаружи трубки 45 х 106 организмов в мл.
После погружения в течение 8 1/4 ч внутри трубки не было обнаружено псевдомонад. Используемый метод анализа позволял обнаружить бактерии в количестве 1 организма в мл.
Мембрана успешно исключала проникновение синего декстрана (молекулярная масса 2 х 106) и Pseudomonas aeruginosa. Поскольку патогенные организмы крупнее молекул синего декстрана, эти результаты предполагают, что эта мембрана не пропустит вредные бактерии и вирусы.
Э к с п е р и м е н т 8. Целью этого эксперимента было изучение поведения отдельных компонентов смесей, предназначенных для оральной регидратации, при их нахождении в полупроницаемой мембране.
100-миллимолярные порции, содержащие глюкозу (18 г), хлористый натрий (5,8 г) или хлористый кальций (7,4 г) помещали в секции 29 мм трубки, и каждую секцию трубки погружали в 1 л воды при температуре 30оС. При этом измеряли внутренний объем, а также внутреннюю и наружную концентрации глюкозы, хлористого натрия и хлористого калия. Полученные результаты приведены в табл. 13.
Эти результаты показывают, что наибольшее поглощение воды происходит в течение первых 8 ч погружения и что глюкоза обладает самым большим водопоглощающим потенциалом на моль испытуемых соединений.
Хлористый натрий и хлористый калий быстро уравновешиваются (в течение 8 ч) с раствором, находящимся снаружи мембраны, в то время как для достижения равновесия глюкозе требуется значительно больше времени.
Изменяя объем внешнего раствора и количество вещества, первоначально присутствующего внутри мембраны, эту систему можно использовать для получения стерильных растворов глюкозы и солевых растворов, имеющих почти любой желаемый состав. Благодаря тому, что большая часть воды всасывается сахаром и достигается быстрое равновесие солей, эта система имеет два очень важных практических применения. Во-первых, это означает, что существует незначительная вероятность (когда при осуществлении этого изобретения используются соли калия в оральной или инъекционной терапии) сохранения соли в опасной концентрации до тех пор, пока по крайней мере половина необходимой воды не проникнет в емкость. Во-вторых, это означает, что сахар, декстран и даже "чистая" вода могут погружаться в соответствующий солевой раствор, и эти соли проникнут в емкость под действием диффузии. Это позволяет легко вводить компоненты при необходимости получения простого состава.
Э к с п е р и м е н т 9. Способность других водорастворимых соединений поглощать воду исследовали следующим образом.
Порции, содержащие
(a) 1 г декстрана (клинический сорт, молекулярная масса 60-90000),
(b) 10 г декстрина (тип 3),
(c) 10 г декстрина и 5 г сахарозы,
(d) 5 г сахарозы,
помещали в секции 29 мм трубки и эту трубку погружали в проточную воду (комнатная температура). Измеряли внутренний объем. Полученные результаты приведены в табл. 14.
В расчете на массу декстран оказывается наиболее эффективным при поглощении воды.
Э к с п е р и м е н т 10. Растворы декстрана, содержащие солевой раствор, обычно используются в качестве плазмозаменителей, вводимых посредством внутривенного вливания. Целью этого эксперимента было определение возможности использования декстрана для всасывания воды через полупроницаемую мембрану и получения таким образом растворов, не содержащих микробов.
Порции, содержащие (a) 2 г декстрана (клинический сорт, молекулярная масса примерно составляет 70000) или (b) 2 г декстрана и 9 г хлористого натрия, помещали внутрь секций 29 мм трубки, и секции этой трубки погружали в 1 л воды при температуре 20оС. В 29 мм трубку помещали еще одну порцию, содержащую 2 г декстрана, и погружали в 1 л солевого раствора (9 г на литp): 40 мл аликвоту 5% раствора декстрана (полученного так, как описывалось выше в эксперименте 9) помещали в 29 мм трубку, которую затем погружали в солевой раствор (9 г на литр).
Объем полученных растворов и содержание в них ионов натрия определяли (с помощью электрода, чувствительного к ионам Na+) через различные периоды погружения. Полученные результаты приведены в табл. 15.
Декстран оказывает эффективное действие в отношении всасывания воды сквозь мембрану, хотя в отличии от других испытанных растворенных веществ поглощение воды декстраном требует длительного времени до достижения состояния "насыщения". Еще одно отличие от сахарозы, глюкозы и хлористого натрия состоит в том, что сам декстрин не может проникать сквозь полупроницаемую мембрану (его молекулярная масса составляет 70000), и поэтому он полностью сохраняется внутри трубки. Это было подтверждено отбором 10 мл пробы из трубки и выпариванием его до сухого состояния. Масса полученного декстрана в сухом состоянии показала, что все его количество сохранилось в резервуаре. Погружение смеси 2 г декстрана и 9 г хлористого натрия в 1 л воды на 24 ч привело к образованию раствора с идеальным составом для внутривенного вливания, в частности, он содержал 5% декстрана и 0,9% хлористого натрия. Такой раствор также можно было получить в результате погружения 5% раствора декстрана (полученного так, как описывалось выше) в 0,9%-ный раствор хлористого натрия на 4 ч. Этот подход также можно применять для получения растворов на основе декстрана, дополненных другими растворенными веществами, включая различные лекарственные средства.
П р и м е р 2. Смесь, пригодную для оральной регидратации, получали с использованием следующих химических веществ (на 100 г смеси):
3,18 г хлористого натрия,
2,75 г хлористого калия,
3,04 г бикарбоната натрия,
3,18 г лимонной кислоты,
29,55 г глюкозы,
58,31 г сахарозы.
11 г этой смеси выливали в целлюлозную трубку для диализа длиной 30 см и диаметром 4,2 см, молекулярная отсечка которой равнялась 12-14 кД (фирма "Медисел лмт", Айслингтон, Лондон). Затем трубку герметизировали, завязывая узел с каждого конца (после тщательного увлажнения обоих концов) и погружали в большой резервуар, через который протекал постоянный поток водопроводной воды. Через различные периоды времени эту трубку удаляли из воды и измеряли объем раствора внутри трубки. Этот раствор затем снова выливали в трубку, которую вновь герметизировали и погружали в проточную воду.
Через 8 ч погружения в проточную воду раствор в трубке анализировали с помощью карманного рефрактометра с целью определения в нем общего содержания сахара (фирма "Беллингам и Стэнли лмт". Танбридж, Соединенное Королевство). Затем строили график зависимости объема воды в трубке от времени (фиг. 4, кривая "а").
Затем этот эксперимент повторяли, увеличивая количества смеси и, в случае необходимости, удлиняя трубку для диализа такого же типа. Кривая "b", изображенная на фиг. 4, показывает поглощение воды, когда исходное количество смеси составляло 22 г, кривая "с" была получена, когда исходное количество смеси равнялось 33 г, а кривая "d" была получена, когда исходное количество смеси составляло 55 г.
В табл. 16 приведены данные влияния количества используемой смеси на конечный объем полученного раствора и конечную концентрацию сахара. Из фиг. 4 видно, что для каждого количества используемой смеси объем воды, диффундируемого в трубку, сначала увеличивается, а затем выравнивается, стремясь к максимальному уровню.
Период погружения был выбран равным 8 ч, так как это средняя продолжительность сна взрослого человека. Поэтому трубку можно погружать в воду перед сном, а после пробуждения раствор внутри трубки будет иметь концентрацию, пригодную для оральной регидратационной терапии.
Из приводимой ниже табл. 16 видно, что объем "очищенной" воды (то есть просочившейся в трубку для диализа) увеличивается при увеличении исходного количества используемой смеси. Конечная концентрация сахара в каждом случае составляла от 3 до 4,75% после 8-часового погружения.
Сущность изобретения: способ получения нетоксичного свободного от микроорганизмов раствора, по крайней мере одного водорастворимого твердого вещества, включает введение твердого вещества или его концентрированного раствора в резервуар, снабженный избирательно проницаемой мембраной, одна сторона которой соприкасается с твердым веществом или его раствором, а противоположная сторона контактирует с водой, и проникновение воды (свободной от микроорганизмов) в резервуар под действием осмоса. При этом, по крайней мере, одно водорастворимое вещество имеет низкую молекулярную массу, позволяющую ему проникать через мембрану в воду. В резервуар дополнительно может быть помещено, по крайней мере, одно водорастворимое вещество, имеющее высокую молекулярную массу, препятствующую его проникновению через мембрану в воду. По крайней мере одно из водорастворимых веществ выбирают из группы: сахар, глюкозные полимеры, полисахариды, рисовая мука, аминокислоты, хлорид калия и натрия. Способ может быть использован для получения раствора для оральной регидратационной терапии, лекарственных препаратов, кровезаменителей, обезвоженного пищевого вещества, питьевой воды и т. п. 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 16 табл.
| Приспособление для продвигания позитивного фильма | 1928 |
|
SU11798A1 |
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
