АНТИМИКРОБНЫЙ ИОНАТОР И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО РАСТВОРА Российский патент 2002 года по МПК C02F1/467 

Изобретение относится к устройствам для обработки воды и водных растворов ионами металлов и может быть использовано для приготовления лечебно-профилактических растворов, в различных областях медицины: стоматологии, оториноларингологии, гигиене, косметологии. Изобретение, также, может быть использовано в ветеринарии, аквариумистике и в быту.

Противомикробные свойства воды, обработанной ионами некоторых металлов, в том числе серебра, известны давно /1, с.10/. Так, в аквариумистике широко известен способ профилактики заболевания аквариумных рыб, когда в водную среду аквариума помещается металлическое серебро. Однако метод контактного серебрения воды малоэффективен и не дает значений концентрации ионов Ag⁺, достаточных для подавления многих патогенных микроорганизмов /1, с.73-75/.

Для получения растворов с необходимой концентрацией ионов металлов применяются устройства - ионаторы. Как правило, в большинстве моделей ионаторов, для выделения ионов из анода, имеются внешние источники электропитания.

Известен бытовой автономный ионатор "Сильва" /2/, содержащий источник питания, соединенный через электрическую схему с электродами, погруженными в воду, по крайней мере один из которых - анод выполнен серебряным.

Ионатор может использоваться для обеззараживания питьевой воды, ионами серебра, как в домашних, так и в полевых условиях. Недостатком указанного ионатора является невозможность его использования без источника тока. Кроме того, с помощью ионатора "Сильва" невозможна обработка жидкостей ионами других металлов, кроме ионов серебра, тогда как, например, ионы меди также обладают выраженными антимикробными свойствами.

Наиболее близкой, по технической сущности, к предлагаемому ионатору, является установка для ионизации жидкости /3/ (прототип).

Установка состоит из трубы, на внутренней поверхности которой сформирован слой изоляции. На поверхности изоляции расположены накладки из электропроводных материалов с различным электрохимическим потенциалом. Пространство между накладками разделяется электроизолирующими перегородками, предотвращающими прямое соединение накладок. При прохождении жидкости через трубу, из накладок выделяются ионы. Установка может быть использована для обработки питьевой воды. Недостаток известной установки заключается в том, что для полноценного контакта с электропроводными накладками, жидкость, протекающая через трубу, должна находиться под давлением, что требует наличия дополнительных водонапорных устройств, например насосов, водонапорных башен, т.п.

Данное обстоятельство усложняет использование установки в домашних условиях и делает невозможным ее использование в полевых условиях, без дополнительных устройств.

Кроме того, контакт электропроводящих накладок с жидкостью, протекающей через трубу, ограничен во времени, что может являться препятствием для получения необходимой концентрации ионов.

Недостатком установки является и пространственная разделенность электропроводящих накладок. Поскольку контакт между накладками осуществим с помощью дополнительных проводников, имеющих собственное сопротивление электротоку, согласно закону Ома сила тока будет меньше, чем в случае, если бы накладки прилегали друг к другу. В связи с этим уменьшается эффективность получаемого технического результата - скорость выделения ионов.

Эффективному выделению ионов препятствует малая площадь поверхности электропроводящих накладок известной установки.

Вода и ее растворы, содержащие серебро находят широкое применение в медицине /1, с.66-69/, парфюмерии /4/, ветеринарии /5/. При этом серебросодержащие растворы используются не только в качестве бактерицидных, но и как вирусоцидные препараты /6, 7/.

Общим недостатком для большинства водных серебросодержащих растворов является их нестабильность. Поскольку в питьевой воде, как правило, присутствуют галогены, в особенности хлорид-ионы, серебро образует с ними соединения, которые при хранении и под воздействием света легко разлагаются; в результате элементарное серебро выпадает в осадок и противомикробные свойства раствора ухудшаются.

Известен дезинфицирующий водный раствор /8/ (прототип) стабильный при хранении и к свету.

Известный раствор приготавливается путем электролиза воды, с использованием серебряного анода, причем в составе раствора присутствуют пищевые кислоты - лимонная или уксусная, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ионы серебра - 0,1•10^-5-1,0
Лимонная или уксусная кислота - 0,25-5,0
Недостатком указанного раствора является то, что он не предназначен для использования в области медицины. Максимальная концентрации ионов Ag⁺ в растворе превышает рекомендуемые медицинские нормы в сотни раз (1, с.134-135), что также неэкономично по отношению к серебру, как драгоценному металлу. Кроме того, обязательное условие использования в указанном растворе пищевых кислот не позволяет применять другие кислоты, например - борную или ацетилсалициловую, которые имеют такие же стабилизирующие качества и дополнительные лечебно-профилактические свойства.

Задачей настоящего изобретения является создание простого в изготовлении, надежного и удобного в эксплуатации, без использования источников электропитания, устройства для обработки воды и ее раствором ионами металлов и с возможностью функционирования устройства непосредственно в сосуде, наполненном водой или водным раствором.

При этом ставится задача увеличения площади поверхности электродов, для увеличения эффективности ионизации.

Одновременно, задачей изобретения является создание способа приготовления лечебно-профилактического раствора на основе воды, ионизированной серебром, и стабильного по свойствам при длительном хранении и под воздействием света.

Изобретение предназначено для широкого применения в медицине, ветеринарии и в быту.

Поставленная задача по созданию ионатора решается тем, что устройство для обработки воды или водных растворов ионами металла содержит анод и катод, выполненные из металлов с различными электрохимическими потенциалами, при этом электроды короткозамкнуты между собой путем непосредственного электрического контакта, причем анод выполнен спиральным, и установлены в сосуде ограниченной емкости.

Анод выполнен из меди, а катод - из серебра или покрыт серебром.

Анод может быть также выполнен из серебра, а катод - из золота или покрыт золотом.

Способ приготовления лечебно-профилактического раствора включает электролитическую обработку воды, содержащей кислоту, ионами серебра. Для приготовления раствора в питьевой воде растворяют ацетилсалициловую или борную кислоту до концентрации 1,0-10,0 г/л, устанавливают в ней заявленное по п.1 устройство, в котором анод выполнен из серебра, а катод - из золота или покрыт золотом, и доводят концентрацию ионов серебра до 0,01-100,0 мг/л.

В раствор дополнительно вводят хлорид натрия в количестве 10,0-25,0 г/л.

При создании устройства использован принцип гальванического элемента, примененный в известной установке для ионизации жидкости. При этом процесс ионизации осуществляется в сосуде с ограниченным объемом, что позволяет контролировать продолжительность ионизации, необходимой для заданной концентрации ионов.

Изобретательский уровень описываемого ионатора проистекает из того, что при сравнении с установкой для ионизации жидкости (прототипом), становится очевидным: необходимый технический результат, которым является количество выделившихся ионов металла в жидкость, может быть невозможен в сосуде неограниченной емкости, которым является труба известной установки.

Динамический процесс, происходящий при прохождении жидкости через трубу, не может обеспечить концентрацию ионов более чем в t раз, по формуле
К=J•k•t,
где К - количество выделившихся ионов,
J - сила тока между электродами,
k - электрохимический коэффициент анода,
t - время ионизации, равное времени контакта электродов с протекающей жидкостью.

Напротив, обязательным условием для заявляемого устройства является установка электродов именно в сосуде ограниченной емкости, который рассматривается как обязательная часть ионатора "РЕМ" и позволяет всегда получать необходимый технический результат, без дополнительных водонапорных устройств, за счет ионизации проходящей в статической жидкости и где величина t может задаваться произвольно, что позволяет расширить возможность использования изобретения в различных условиях.

Устранение пространственной разнесенности электродов путем их прилегания друг к другу позволяет полностью устранить сопротивление электротоку между электродами и одновременно увеличить эффективность получаемого технического результата. Выполнение анода в виде спирали позволяет увеличить площадь его поверхности, что увеличивает эффект ионизации, при тех же габаритах устройства.

В части создания способа приготовления лечебно-профилактического раствора задача решается тем, что в известном дезинфицирующем водном растворе максимальный предел концентрации серебра снижен на два порядка. Одновременно уменьшается в пять раз уровень максимальной концентрации кислоты. При этом в качестве кислотного компонента, кроме пищевых кислот, применяются ацетилсалициловая или борная кислоты. Основой лечебно-профилактического раствора является питьевая вода, - вместо дистиллированной воды, - так как соли, входящие в состав питьевой воды увеличивают ее электропроводимость, что позволяет сократить время ионизации для получения заданной концентрации ионов Ag⁺.

Кроме того, дополнительно, в композицию раствора возможно включение хлорида натрия, в концентрации 10,0-25,0 г/л., что также увеличивает электропроводимость раствора и усиливает его антимикробные свойства.

Предлагаемый ионатор, в его общем виде, во время применения представлен на чертеже, где:
1 - спиральный анод, 2 - катод, 3 - сосуд ограниченной емкости, 4 - ионизируемая жидкость, 5 - кронштейн-основание, 6 - линия границы металлов между электродами.

Форма электродов и их взаимное расположение относительно друг друга принципиального значения не имеют.

Однако изображенная модель, по мнению автора, является оптимальной, так как позволяет минимизировать размеры устройства, сохраняя при этом относительно большую площадь поверхности анода, при технологической простоте изготовления.

Наличие кронштейн-основания - не обязательно.

В электрохимии анодом принято называть электрод, который подсоединен к положительному полюсу источника тока и который растворяется в электролите под воздействием электрического поля этого источника.

В случае, если растворение электрода происходит при контакте двух разнородных металлов, без приложения внешнего электрического поля, знак его заряда может зависеть не только от величины электрохимического потенциала, по отношению к другому электроду, но также от величины работы выхода электронов и от степени активности (или от инертности) электролита к электродам. Поэтому в короткозамкнутых биметаллических парах анодом принято называть растворимый электрод, даже если знак его заряда отрицателен (А.М.Ямпольский, В. А.Ильин. Краткий справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение, 1981, с. 14). Далее мы будем придерживаться этого правила: анод - растворимый электрод.

Ионатор "РЕМ" состоит из двух электродов - анода 1 и катода 2. Электроды выполнены из металлов с различными электрохимическими потенциалами. В случае необходимости применения драгоценных металлов (серебра, золота, др.) и для их экономии электроды могут выполняться из любого токопроводящего материала и покрываться слоем необходимого металла. В этом случае толщина покрытия катода может быть минимальной - 0,1 мкн, так как его материал не расходуется, а толщина покрытия анода рассчитывается по формуле Фарадея, в соответствии с необходимостью требований по сроку эксплуатации устройства. Между электродами имеется электрический контакт по линии 6. Для удобства эксплуатации устройство может включать кронштейн 5, куда запрессовываются свободные концы электродов (на чертеже не показаны). Кронштейн выполняется из диэлектрического материала, например пластмассы, разрешенного для контакта с пищевыми продуктами. Кронштейн-основанием может служить, одновременно, и сосуд 3.

Для увеличения площади поверхности анод 1 закручивается в виде спирали вокруг катода 2.

Для использования предлагаемого ионатора, в сосуд 3 заливается жидкость 4, предназначенная для ионизации и представляющая собой электролит в виде питьевой воды или необходимого раствора.

Находясь в жидкости, электроды 1 и 2 функционируют как гальванический элемент и анод 1 выделяет ионы металла, из которого он выполнен. Концентрация ионов, при прочих равных условиях, зависит от объема жидкости и времени ионизации и может определяться по заранее составляемым таблицам.

Способ приготовления лечебно-профилактического раствора основывается на известных данных и результатах собственных экспериментов, в результате которых установлено, что в водных растворах, ионизированных серебром, в присутствии некоторых кислот образуются устойчивые коллоидные системы. При этом соединения серебра не разлагаются под действием света и раствор может сохранять свои свойства длительное время - до года и более. Кроме того, экспериментально установлена возможность использования ионатора "РЕМ" для приготовления лечебно-профилактического раствора, обладающего противомикробными свойствами.

Для проведения экспериментов были изготовлены устройства - ионаторы "РЕМ" (фиг. 1). В одном случае анод устройства выполнялся из меди, а катод покрывался слоем серебра, а в другом случае анод покрывался слоем серебра, а катод - слоем золота. Во всех случаях покрытия драгоценных металлов имели пробу не ниже 999,0. Площадь поверхности анода составлял 2,3 см. кв., а катода - 1,3 см. кв. Расстояние между электродами - 4-5 мм.

Устройства погружались в различные водные растворы и выдерживались в них по 24 часа при температуре 18-20^oС. Для сравнения результатов и для получения растворов с большой концентрацией ионов Ag⁺, в относительно короткое время ионизации, также использовался ионатор ЛК - 32. Наличие серебра после ионизации определялось методом молекулярно-абсорбционной спектрофотометрии.

Исследования проводились как с питьевой водопроводной водой, соответствующей СанПиН 42-123-4240-86 "Питьевая вода", так и с водными растворами кислот, различной концентрации: лимонной, ацетилсалициловой, никотиновой, борной, аскорбиновой.

Установлено, что при заданных условиях, в 100 мл воды или растворах кислот, ионаторы "РЕМ", с электродной парой Ag-Au, в течение суток, выделяют от 0,01 до 2,9 мг серебра. Ионаторы с парой Cu-Ag выделяли как ионы меди, так и серебро, в количестве от 0,0001 до 0,6 мг. В последнем случае выделение серебра объяснялось не электрохимическим процессом, а следствием перехода в раствор оксида серебра, который имеет некоторую растворимость в водных растворах, увеличивающуюся с увеличением кислотности.

Растворы выдерживались на свету, при освещенности 2000 лк, не менее 6 месяцев, после чего определялось наличие в растворах осадка металлического серебра.

Определение осадка, величины образовавшихся в нем частиц и их распределение по размерам проводилось как визуально, так и с помощью электронной микроскопии и метода малоуглового рассеяния рентгеновских лучей.

Антимикробное действие растворов определялось в соответствии с "Методами испытаний дезинфекционных средств для их оценки и безопасности". М., 1998, ч. 2. В качестве тест-организмов использовались золотистый стафилококк, кишечная палочка, вирус полиомиелита, синегнойная палочка и кандида альбиканс, при их концентрации 100000 КОЕ/1 мл. Критерием эффективности являлось: 100% гибель микроорганизмов, при температуре 18-20^oС и при экспозиции 8 часов.

Некоторые данные экспериментов приведены в таблице 1, из которой видно, что устойчивые к свету и времени соединения с серебром образовывает не только лимонная кислота, но также и борная и ацетилсалициловая кислоты. Критериям антимикробной эффективности соответствовали все растворы с концентрацией серебра от 0,01 мг/л. В водных растворах, без кислот, серебро выпадало в осадок в течение 1-3 суток. В растворах никотиновой и аскорбиновой кислот, наблюдаемый визуально осадок появлялся в течение от 1 до 3 недель.

Концентрация серебра в растворах с лимонной и борной кислотами снижалась значительно ниже 0,01 мг/л через месяц, при этом серебро оставалось в коллоидной массе, которая формировалась у дна сосуда, в виде студенистой массы. При этом резко возрастает количество частиц размером выше 20 нм и встречаются отдельные дендриты до 1 мм. В растворах с ацетилсалициловой кислотой, даже после 6 месяцев концентрация серебра существенно не снижается, а количество кластеров размерами от 2 до 12 нм превышает 30% от их общего количества.

Результаты экспериментов позволяют сделать вывод: высокодисперсные гидрозоли серебра образуются в растворах с ацетилсалициловой и борной кислотами.

Содержание компонентов раствора может находиться в пределах:
для серебра от 0,01 мг/л до 100,0 мг/л;
для ацетилсалициловой или борной кислот от 1,0 г до 10,0 г
и может быть рассчитано по формуле:
Conc (Ag)/43;
Conc (Acid)=e.

Дополнительные эксперименты показали, что аналогичных результатов можно достичь не только при проведении ионизации в растворах с присутствием кислот, но также и в том случае, если кислоты добавляются в раствор сразу же после проведения ионизации.

Присутствие в растворе хлорида натрия, в концентрации от 10,0 до 25,0 г/л, не препятствует образованию и устойчивости гидрозолей, но ускоряет процесс ионизации.

Устройство ионатор "РЕМ" технологически просто в изготовлении. Простота его использования позволяет производить лечебно-профилактические растворы, с ионами металлов, как в полевых условиях, так и в быту. Растворы с противомикробными свойствами могут найти широкое применение в медицине, ветеринарии и аквариумистике.

Источники информации
1. Кульский Л.А. Серебряная вода. Киев: Наукова думка, 1987.

2. Патент RU 2096335, 29.04.96, М.кл. С 02 F 1/46 / Данилюк В.Г. Бытовой автономный ионатор "Сильва" (варианты).

3. Патент JP 7008358 В4, 04.06.92, М.кл. 6 С 02 F 1/46 / Муто Таданобу, Касивада Такэси. Установка для ионизации жидкости (прототип).

4. Патент RU 2139036, 24.02.99, М.кл. С1 А 61 K 7/16, 7/40, 7/48 / Оксинойд О. Э. , Махлис Л.А., Ахсянов У.У. Способ приготовления косметических средств, включающих водную фазу.

5. Патент RU 2087148, 24.06.93, М.кл. C1 A 61 К 33/38 / Третьяков В.В., Никонов С. Д., Родионов П.П. Способ лечения острых вирусных заболеваний животных семейства псовых.

6. Мироненко Ю.П. Лечение заболеваний полости рта, верхних дыхательных путей и гриппа растворами ионизированного серебра. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата мед. наук. Калинин, 1973.

7. Патент RU 2016575, 20.03.89, М.кл. C1 A 61 K 33/38 / Третьяков В.В., Родионов П.П., Курбатов А.В., Богданчикова Н.Е. Противовирусное средство.

8. Патент RU 2125971, 11.03.98, М.кл. С 02 F 1/50, А 61 L 2/16, A 23L 3/00 / Оганесов В.Е. Дезинфицирующий водный раствор.

Изобретение относится к устройствам для обработки водных растворов ионами металлов и к способам приготовления антимикробных растворов в различных областях медицины: стоматологии, оториноларингологии, гигиене, косметологии. Изобретение также может быть использовано в ветеринарии, аквариумистике и в быту. Ионатор состоит из двух электродов - спирального анода и катода, выполненных из металлов с различными электрохимическими потенциалами. Электроды короткозамкнуты между собой путем непосредственного электрического контакта и цепь не имеет внешнего источника тока. Электроды установлены в сосуде ограниченной емкости. Анод может быть выполнен из меди, а катод - из серебра или покрыт серебром. Анод может быть серебряным, а катод - золотым или покрыт золотом. Для приготовления лечебно-профилактического раствора в питьевой воде растворяют ацетилсалициловую или борную кислоту до концентрации 1,0-10,0 г/л, устанавливают в ней устройство, в котором анод выполнен из серебра, а катод - из золота или покрыт золотом, и доводят концентрацию ионов серебра до 0,01-100,0 мг/л. В раствор дополнительно можно ввести хлорид натрия в количестве 10,0-25,0 г/л. Технический эффект: создание простого в изготовлении и удобного в применении ионатора с возможностью его использования для приготовления антимикробного раствора на основе питьевой воды с целью придания раствору устойчивых свойств при длительном хранении и под воздействием света. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Устройство для обработки воды или водных растворов ионами металла, содержащее анод и катод, выполненные из металлов с различными электрохимическими потенциалами, отличающееся тем, что электроды короткозамкнуты между собой путем непосредственного электрического контакта, причем анод выполнен спиральным, и установлены в сосуде ограниченной емкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анод выполнен из меди, а катод - из серебра или покрыт серебром. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анод выполнен из серебра, а катод - из золота или покрыт золотом. 4. Способ приготовления лечебно-профилактического раствора, включающий электролитическую обработку воды, содержащей кислоту, ионами серебра, отличающийся тем, что для приготовления раствора в питьевой воде растворяют ацетилсалициловую или борную кислоту до концентрации 1,0-10,0 г/л, устанавливают в ней устройство по п.1, в котором анод выполнен из серебра, а катод - из золота или покрыт золотом, и доводят концентрацию ионов серебра до 0,01-100,0 мг/л. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят хлорид натрия в количестве 10,0-25,0 г/л.