ФИЛЬТРУЮЩЕ-СОРБИРУЮЩИЙ САМОДЕГАЗИРУЮЩИЙСЯ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2008 года по МПК B01J20/22 B01D39/00 A62B23/02 

Изобретение относится к технологии получения самодегазирующегося фильтрующе-сорбирующего материала, в частности к способу получения фильтрующе-сорбирующих материалов, которые могут быть использованы при изготовлении высокоэффективных средств индивидуальной защиты, в том числе доступных к использованию большим числом людей в условиях чрезвычайных ситуаций (катастроф и террористических актов), от токсичных веществ - сильнодействующих ядовитых и отравляющих веществ, в частности фосфорорганических соединений, а именно от воздействия фосфорорганических боевых токсичных химических веществ (зарина, зомана, ви-икс) и пестицидов.

На сегодняшний день широко известны различные фильтрующе-сорбирующие материалы химзащитного действия, защитное действие подавляющего большинства из которых основано на использовании активного угля или активированных углеродных волокон в качестве фильтрующе-сорбирующего компонента [Патент РФ №2107520 (1998), А62В 17/00; Патент РФ №2110627 (1998), D03D 1/00, 15/00, A62D 5/00; Патент РФ №2281798 (2006), А62В 23/02, B01D 39/04; Патент №2281800 (2006), A62D 5/00].

Так, известен фильтрующе-сорбирующий материал, в котором в качестве фильтрующего элемента используются слои тканых или нетканых активированных углеродных волокон. Между слоями распределяются частицы термопластичного материала (поливинилхлорида или полиэтилена) и активный уголь. Далее слои соединяются друг с другом при нагревании.

Фильтрующий элемент дополнительно может иметь слой стекловолокна и в качестве армирующего - сетчатый холст из хлопка [Патент Великобритании №1476761, B01D 46/00, 46/10, 46/52].

Основными недостатками этого материала являются:

использование водонерастворимых полимерных соединений для термозакрепления сорбента (активного угля), что приводит к потере им сорбционной емкости;

необходимость введения многочисленных слоев углеродсодержащих волокон и армирующего слоя для увеличения механической прочности материала в целом.

Следует отметить, что независимо от способа получения защитных материалов на основе активного угля их общим существенным недостатком является возможность десорбции токсичных веществ, а также ограниченность защитных свойств сорбционной емкостью активного угля (углеродных волокон) и, как следствие этого, ограниченность по длительности периода времени, в течение которого гарантируется отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала. Этот период времени, как правило, не превышает 24 ч.

В связи с этим наиболее эффективными для использования в средствах индивидуальной защиты являются материалы, обеспечивающие не только эффективную сорбцию и удержание отравляющих веществ, но и осуществляющие их разложение (дегазацию).

Так, известны различные фильтрующе-сорбирующие защитные материалы, механизм защитного действия которых основан на применении сорбентов, содержащих различные вещества, катализирующие разложение сорбированных токсичных веществ до существенно менее токсичных продуктов.

Известны защитные материалы, в состав которых в качестве сорбентов и одновременно катализаторов разложения токсичных веществ вводятся химически активированные оксиды алюминия, цинка, магния, титана, церия, серебра (до 65% от массы сорбента) с добавлением монопероксифталата магния (до 35% от массы сорбента) [Патент США №5689038 (1997), A62D 3/00; Патент США 6403653, В1 (2002), А61К 31/02; 31/08; 47/00; 7/42] или комплексные соли тех же металлов (полиоксометаллаты) [Патент США 6410603, В1 (2002), А61К 31/02; 31/08; 47/00; 7/42].

Такие защитные материалы обеспечивают при нанесении на их поверхность вещества ви-икс или зомана в концентрации 10 г/м² их нейтрализацию до первичных продуктов разложения на 59% и 98% соответственно за 24 ч.

Однако использование таких химических катализаторов в составе защитных материалов приводит к колоссальному удорожанию самих материалов, так как для эффективного гидролиза необходима высокая концентрация катализаторов и высокая степень их измельчения (размер гранул до 250 мкм). Кроме того, данные катализаторы способны неспецифично катализировать только первичную деструкцию токсичного химиката, а, как известно, опасность для человека представляют не только сами токсичные химикаты, но и первичные продукты их гидролиза.

Альтернативу химическим катализаторам, вводимым в сорбенты в составе защитных материалов, составляют ферменты, способные высокоспецифично катализировать гидролиз токсичных веществ, при этом известно, что скорости разложения исходных веществ под действием ферментов превышают скорости реакций, катализируемых химическими реагентами [Ефременко Е.Н., Варфоломеев С.Д. Ферменты деструкции фосфорорганических нейротоксинов. // Успехи биол. химии. Т.44, 2004, с.307-340]. Это позволяет обеспечивать ту же степень разложения токсичных веществ за тот же период времени, что и в случае химических катализаторов, но при этом существенно снижать концентрации ферментов, вводимых в состав сорбентов, используемых в качестве компонентов фильтрующе-сорбирующих самодегазирующихся материалов.

Наиболее целесообразным является использование ферментов в иммобилизованной форме, которая обеспечивает длительное сохранение каталитической активности ферментов и упрощает процедуру их введения в структуру защитных материалов. Следует отметить, что каталитическая эффективность действия иммобилизованных ферментов, введенных в состав защитных материалов, определяется выбором самого фермента и способом его иммобилизации.

Фермент органофосфатгидролаза (арилдиалкилфосфатаза, параоксоназа, фосфотриэстераза, ЕС 3.1.8.1) катализирует гидролиз Р-O, P-F, P-S и P-CN связей в самом широком спектре субстратов, представляющих собой различные производные ортофосфорной и тиофосфоновой кислот [Ефременко Е.Н., Сергеева B.C. Органофосфатгидролаза - фермент, катализирующий деградацию фосфорсодержащих отравляющих веществ и пестицидов. // Известия АН. Сер. Хим., 2001, с.1743-1749]. Скорости ферментативного гидролиза ряда фосфорорганических нейротоксинов на 1-2 порядка выше, чем химического. В связи с этим применение именно этого фермента в составе фильтрующе-сорбирующих самодегазирующихся материалов является наиболее перспективным.

Известен фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, представляющий собой полиуретановую губку, содержащую ковалентно иммобилизованный фермент органофосфатгидролазу и частицы активного угля [Патент США №6642037, В2 (2003), C12N 11/04; 11/08; C12S 9/00; 13/00]. Включение активного угля в сорбент и иммобилизация фермента осуществляется непосредственно в процессе полимеризации и формирования полиуретанового носителя. Для этого готовят смесь двух фаз (при весовом соотношении 1:1): водной фазы, состоящей из 1-2% раствора поверхностно-активного вещества (Плюроник Р-65, Р-85 или L-62), приготовленного на основе 50 мМ фосфатного буфера (рН 8,0), и раствора высокоочищенного фермента, смешанных между собой в соотношении 10:1 по объему, и гидрофобной фазы, представляющей собой полиуретановый преполимер Hypol TDI 3000 или Hypol Plus FHP-5000 (толил-диизоцианат). Образующуюся двухфазную систему интенсивно перемешивают (2500 об/мин), взбивая в пену в течение 0,5-1 мин за счет подачи в реакционную смесь потока углекислого газа, и оставляют для формирования ферментсодержащей полимерной композиции в течение 10 мин. Полученный материал тщательно промывают 50 мМ фосфатным буфером (рН 8,0), высушивают (в течение 6 ч) и хранят в запаянном виде при 4°С. Максимальная концентрация фермента в составе такого материала составляет 8 мг/см². Данный материал предназначен для детоксификации токсичных веществ типа зарина, зомана и ви-икс и может быть помещен между несколькими слоями из полиэстера при использовании его в составе индивидуальных средств защиты [LeJeune К., Dravis B.C., Yang F., Hetro A.D., Doctor B.P., Russell A.J. Fighting nerve agent chemical weapons with enzyme technology. // Annals. NY Acad. Science, 1998. V.864, p.153-170].

Разработчики этого материала в тексте патента не приводят характеристик материала в отношении его способности удерживать и дегазировать какие-либо токсичные химикаты. Анализ ряда статей тех же авторов, частично раскрывающих свойства материала с иммобилизованной органофосфатгидролазой [LeJeune К.Е., Mesiano A.J., Bower S.B., Grimsley J.K., Wild J.R., Russell A.J. Dramatically stabilized phosphotriesterase-polymers for nerve agents degradation. // Biotechnol. Bioeng., 1997. V.54, p.105-114; LeJeune К.Е., Wild J.R., Russel A.J. Nerve agents degraded by enzymatic foams. // Nature, 1998. V.392, p.27-28; Havens P.L., Rase H.F. Reusable Immobilized Enzyme/Polyurethane Sponge for Removal and Detoxification of Localized Organophosphate Pesticide Spills. // Ind. Eng. Chem. Res., 1993. V.32 (10), p.2254-2258; LeJeune К.Е., Russell A.J. Biocatalytic nerve agent detoxification in fire fighting foams. // Biotechnol. Bioeng., 1999. V.62 (6), p.659-665], свидетельствует о том, что такой материал при нанесении на его поверхность вещества параоксона (пестицида) в концентрации 0,9 г/м² обеспечивает его нейтрализацию до первичных продуктов разложения на 100% за 1 ч. Поскольку известно, что каталитическая эффективность действия фермента органофосфатгидролазы, использованной в составе данного материала, в отношении вещества ви-икс в 10⁵ раз меньше по сравнению с параоксоном [Kolakowski J.E., DeFrank J.J., Harvey S.P., Szafraniec L.L., Beaudry W.T., Lai K., Wild J.R. Enzymatic hydrolysis of the chemical warfare agent Vx and its neurotoxic analogues by organophosphorus hydrolase. // Biocatal. Biotrans., 1997. V.15, p.297-312; Ефременко Е.Н., Сергеева B.C. Органофосфатгидролаза - фермент, катализирующий деградацию фосфорсодержащих отравляющих веществ и пестицидов. // Известия АН. Сер. Хим., 2001, с.1743-1749], то, следовательно, для нейтрализации такого же количества (0,9 г/м²) нанесенного вещества ви-икс или зарина на тот же материал потребуется соответственно в 10⁵ и 10⁴ часов больше, то есть порядка 416 и 417 суток соответственно.

Очевидной причиной столь низкой эффективности действия материала в отношении токсичных веществ является крайне низкая каталитическая активность фермента в составе материала, обусловленная, прежде всего, выбранным способом иммобилизации фермента. В результате ковалентной иммобилизации фермента в процессе формирования носителя происходит множественное образование ковалентных связей между карбоксильными и аминогруппами белка с преполимером. К тому же низкая концентрация водной фазы (в данном случае образующаяся за счет присутствия фосфатного буфера - в материале не более 1% мас.) в составе полученного материала в микроокружении фермента приводит к наличию затрудненного катализа.

Известен фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся защитный материал, имеющий:

верхний слой, выполненный из полипропилена, поликарбоната или бутилированного каучука, контактирующий с каплями токсичных веществ, изолирующий внутренние слои материала от проникания жидкой фазы токсичных веществ и обеспечивающий равномерный подвод их паров к внутренним слоям материала;

средний слой, предназначенный для сорбции паров токсичных веществ и их дегазации и состоящий из резины или вспененного пластика с импрегнированными частицами активного угля, ферментом фосфорилфосфатазой и ортойодбензойной кислотой [Патент США 4781959 (1988), F41H 3/00];

нижний слой, предназначенный для контакта с кожным покровом и представляющий собой целлюлозосодержащий материал.

Разработчики данного материала не приводят никаких фактических данных, отражающих состав компонентов материала в массовом соотношении, а также данных, подтверждающих эффективность действия заявленного материала и отражающих его характеристики. Вместе с тем, анализ состава данного самодегазирующегося защитного материала позволяет сделать вывод о том, что он обладает рядом существенных недостатков и не может обладать удовлетворительными характеристиками, так как в составе материала используется фермент, характеризующийся крайне низкой неспецифической каталитической активностью в отношении токсичных веществ, сопоставимой с действием химических реагентов при рН 8,0 [Wilson I.B., Dayan J. The free energy of hydrolysis of phosphoryl-phosphatasa. // Biochemistry, 1965. V.4 (4), p.645-649]. Косвенно неэффективность действия фермента подтверждается введением в состав защитного материала ортойодбензойной кислоты, обладающей мощными окислительными свойствами в отношении различных токсичных веществ и применяемой в качестве дегазатора на практике [Yang Y.C., Baker J.A., Ward J.R. Decontamination of chemical warfare agents. // Chem. Rev., 1992, V.92. p.1729-1743; Ramaseshan R., Sundarrajan S., Liu Y., Barhate R.S., Lala N.L., Ramakrishna S. Functionalized polymer nanofibre membranes for protection from chemical warfare stimulants. // Nanotechnology, 2006. V.17, p.2947-2953].

Кроме того, при введении ортойодбензойной кислоты (рН<7) указанный фермент теряет свою каталитическую активность, и, таким образом, его введение в состав защитного материала становится совершенно бесполезным, а дегазирующее действие сводится к действию химического агента (ортобензойной кислоты).

Наличие в микроокружении иммобилизованного фермента резины или вспененного пластика и, следовательно, отсутствие удерживаемой этими материалами воды в микроокружении фермента также должно отрицательно влиять на его каталитические характеристики.

Недостатки использования частиц активного угля в качестве сорбента заключаются в возможной десорбции токсичных веществ, а также низкой сорбционной емкости данного сорбирующего материала.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявляемому по своему назначению и способу получения, а именно получению защитного фильтрующе-сорбирующего самодегазирующегося материала, состоящего из трех основных слоев (защитного фильтрующего слоя, сорбирующего и одновременно дегазирующего слоя, содержащего фермент, а также слоя, предназначенного для контакта с кожным покровом), принято за прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного фильтрующе-сорбирующего самодегазирующегося материала для использования в средствах индивидуальной защиты от воздействия фосфорорганических соединений.

Поставленная задача решается тем, что фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал для средств индивидуальной защиты от воздействия сильнодействующих ядовитых и отравляющих фосфорорганических веществ содержит верхний слой, изолирующий от проникновения токсичных веществ в виде жидкости, средний сорбирующий и самодегазирующийся слой содержит фермент, и нижний слой, выполненный из тканого или нетканого целлюлозосодержащего материала, предназначен для контакта с кожным покровом, причем в виде верхнего слоя материал содержит полиуретановую или фторолеиновую мембранотканевую составляющую, в качестве дегазирующего элемента содержит полипептид со свойствами органофосфатгидролазы, а в качестве компонента, сорбирующего и удерживающего дегазирующий элемент в буфере, содержит сшитый акрилат с проклейкой всех слоев материала связующим при следующем соотношении компонентов (мас.%): мембранотканевая составляющая - 10,3÷21,4; сшитый акрилат - 12,7÷21,4; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,00125÷0,4 (по белку); буфер - 7,1÷44,8; целлюлозосодержащая тканая/нетканая составляющая - 7,4÷21,4; антимикробное вещество - 0÷1,2; связующее - до 100 (от общей массы материала).

Применение полиуретановой или фторолефиновой мембранотканевой составляющей (полиамидхлопчатобумажная ткань с полифторолефиновой или полиуретановой поверхностью, обладающая олеофобными свойствами) в защитном материале позволяет осуществлять защиту от жидкой фазы различных токсичных веществ, не пропуская ее к нижележащим слоям и кожным покровам. При этом обеспечивается равномерное распределение и дозировка подвода паровой фазы различных токсичных веществ к сорбирующему слою (см. фиг.1).

В заявляемом техническом решении в качестве сорбирующего и дегазирующего слоя используется полимерный сорбент, представляющий собой сшитый акрилат (сополимер акриловой кислоты, частично нейтрализованной раствором гидроксида калия, и акриламида), не растворимый в воде и органических растворителях, набухающий до состояния геля при контакте с водными растворами. При набухании способен абсорбировать водную фазу, увеличивая собственную массу в 3000 раз. Таким образом, сорбент обладает колоссальной абсорбционной емкостью и способен удерживать большие объемы сорбируемых веществ. К тому же данный сорбент абсолютно не токсичен как при пероральном попадании в организм, так и при воздействии на кожные покровы и органы зрения человека и животных, при этом он не проявляет даже минимального раздражающего действия по отношению к коже и глазам.

Физическая иммобилизация (сорбция) в объеме абсорбента раствора полипептида, обладающего свойствами органофосфатгидролазы [Патент РФ №2255975 (2005), C12N 1/21, 15/52, 15/70], является абсолютно новым, ранее неизвестным техническим решением при создании химзащитных материалов.

Во-первых, сам по себе полипептид характеризуется существенно улучшенными по отношению к исходному ферменту органофосфатгидролазе каталитическими характеристиками, позволяющими использовать его для гидролиза фосфорорганических отравляющих веществ в более широком диапазоне рН и температуры, а также проводить более эффективный и быстрый гидролиз тех же субстратов [Вотчицева Ю.А., Ефременко Е.Н., Алиев Т.К., Варфоломеев С.Д. (2006). Свойства гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы. // Биохимия, Т.76 (2), с.216-222; Гудков Д.А., Вотчицева Ю.А., Ефременко Е.Н. (2006). Гидролиз параоксона, катализируемый органофосфатгидролазой, содержащей полигистидиновую последовательность на С-конце молекулы белка. // Вестник МГУ, сер. Хим. Т.47 (1), с.15-20]. К тому же наличие полигистидиновой последовательности в молекуле полипептида обеспечивает его быстрое выделение из клеток E.coli [Efremenko E., Votchitseva Y., Plieva F., Galaev I., Mattiasson B. (2006). Purification of His₆-organophosphate hydrolase using monolithic supermacroporous polyacrylamide cryogels developed for immobilized metal affinity chromatography // Appl. Microb. Biotech. V.70 (5), p.558-563], и, следовательно, масштабирование процесса его наработки с целью использования при получении заявляемого защитного материала легко реализуемо.

Во-вторых, физический метод иммобилизации полипептида в отличие от химического метода, применяемого в аналогах и прототипе, гарантирует максимальное сохранение исходных характеристик фермента. Сам процесс иммобилизации крайне прост, занимает менее 1 минуты и состоит из смешивания раствора фермента в буфере с сорбентом, который в свою очередь быстро абсорбирует этот раствор. К тому же сорбент, обладая колоссальной сорбционной емкостью, позволяет вводить различные количества фермента в сорбционный слой, с одной стороны, а, с другой, сорбент гарантированно удерживает буферный раствор с заданным значением рН в микроокружении фермента и создает благоприятные условия для высокоэффективного ферментативного катализа.

В состав буфера, на основе которого готовится раствор полипептида, вводятся антимикробные вещества [Легин Г.Я., Шехтман Н.М., Андреев В.М. Консервация косметических изделий и эффективные современные консерванты. 1983. Вып.3, с.1-36; Анисимова Ю.Н., Гудзь О.В., Чаповский Н.И., Яловенко Е.И. Влияние консервантов на процесс регенерации кожи // III-я Междунар. научно-практическая конференция «Биологически активные вещества: новые технологии и продукты в косметике», М., 1998, с.40-41], которые предотвращают при длительном хранении заявляемого материала развитие посторонней микрофлоры в его внутренних слоях, содержащих введенную влагу. Введение в состав защитного материала антимикробных веществ, применение которых допустимо, в том числе и в детской косметологии, создает благоприятные условия для длительного хранения биокатализатора в герметичном виде при отсутствии порчи готовой продукции и в состоянии полной готовности к применению, способствует предотвращению какой-либо угрозы возникновения у потребителей заболеваний кожи, связанных с микробным заражением, вызванным, например, культурами Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Proteus vulgaris и др., а также делает потенциально безопасным применение защитного материала потребителем без каких-либо возрастных ограничений.

Сорбционный слой в заявляемом материале обеспечивает сорбцию паров отравляющих веществ, прошедших через верхний слой (см. Чертеж 1), гранулами полимерного сорбента и последующий гидролиз самих отравляющих веществ и продуктов их гидролиза под действием иммобилизованного полипептида.

Нижний гигиенический слой, выполненный из тканого или нетканого целлюлозосодержащего материала, предназначен для контакта с кожным покровом и выполняет функцию подложки для вышележащих слоев, а также обеспечивает отвод паров влаги от тела человека. Использование тканых и нетканых материалов на основе хлопка (бязь, марля, войлок и др.) в качестве пористого материала обусловлено тем, что они, во-первых, материалы на основе хлопка, в отличие от синтетических, обладают высокой сорбционной емкостью и могут легко удерживать большие объемы гидрофильных жидкостей. Во-вторых, эти материалы производятся в больших объемах текстильной промышленностью, и, следовательно, потенциальное производство защитного материала на основе таких материалов может легко масштабироваться с использованием оборудования текстильных предприятий.

Для придания материалу прочности, а также для обеспечения равномерности распределения сорбента во внутреннем слое в составе материала используется связующее, в качестве которого применяют растворы полимеров (желатина, крахмала, поливинилового спирта, полиэтиленгликоля и др.).

Такое сочетание всех основных компонентов фильтрующе-сорбирующего самодегазирующегося материала, как в заявляемом техническом решении, да еще к тому же при заявляемых соотношениях в составе материала, ранее известно не было и позволяет характеризовать предлагаемое техническое решение как новое.

Ниже приводятся конкретные примеры реализации заявляемого технического решения. Защитные свойства материала, в частности проникновение отравляющих веществ через образцы, определялись по утвержденным методикам (ГОСТ В 16797-76 1976 г.).

Иллюстрация заявляемого технического решения проводится на токсичных веществах типа ви-икс, зарин и зоман, токсичность которых существенно превышает токсичность фосфорорганических пестицидов (параоксона, метилпаратиона, паратиона, карбофоса и т.п.), относящихся к тому же классу веществ, которые, как известно, легко гидролизуются пептидом с органофосфатгидролазной активностью [Вотчицева Ю.А., Ефременко Е.Н., Алиев Т.К., Варфоломеев С.Д. (2006). Свойства гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы. // Биохимия. Т.76 (2), с.216-222].

Пример 1. Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, содержащий высокоочищенный полипептид с органофосфатгидролазной активностью и Катон CG в качестве антимикробного вещества.

В 300 мл раствора 50 мМ фосфатного буфера (рН 7,8), содержащего 0,1 мг/мл высокоочищенного полипептида с органофосфатгидролазной активностью и 0,05% Катона CG, вносят 100 г сорбента. Набухший сорбент распределяют на мембранотканевом материале, на поверхность которого предварительно нанесено связующее (1% раствор крахмала), сверху на сорбент накладывают целлюлозосодержащий мерсеризованный тканый материал, также содержащий связующее на своей поверхности, после чего все слои запрессовывают.

Полученный фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующий компонентный состав (мас.%): мембранотканевая составляющая - 15,2; сшитый акрилат - 20,3; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,00125 (по белку); буфер - 30,4; целлюлозосодержащая тканая составляющая - 10,1; антимикробное вещество - 0,03; связующее - до 100 (к общей массе материала).

Такой фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал при нанесении на его поверхность вещества ви-икс в концентрации 10 г/м² обеспечивает нейтрализацию его паров при 22°С на 100% за 5 ч при рН 7,8, гарантируя отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала на протяжении не менее 96 часов. Данный материал сохраняет свои защитные свойства на 100% после его хранения при +8°С в герметичной упаковке в течение 6 месяцев.

Пример 2. Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, содержащий высокоочищенный полипептид с органофосфатгидролазной активностью и пропилпарабен в качестве антимикробного вещества.

В 400 мл раствора 50 мМ карбонатного буфера (рН 10,5), содержащего 0,2 мг/мл высокоочищенного полипептида с органофосфатгидролазной активностью и 0,1% пропилпарабена, вносят 100 г сорбента. Набухший сорбент распределяют на мембранотканевом материале, на поверхность которого нанесено связующее (1% раствор желатина), сверху на сорбент накладывают целлюлозосодержащий нетканый материал, также содержащий связующее на своей поверхности, после чего все слои запрессовывают.

Полученный фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующий компонентный состав (мас.%): мембранотканевая составляющая - 14,3; сшитый акрилат - 12,7; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,0076 (по белку); буфер - 38,2; целлюлозосодержащая нетканая составляющая - 12,4; антимикробное вещество - 0,09; связующее - до 100 (к общей массе материала).

Такой фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал при нанесении на его поверхность вещества ви-икс в концентрации 10 г/м² обеспечивает нейтрализацию его паров при 22°С на 100% за 3 ч, гарантируя отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала на протяжении не менее 96 часов. Данный материал сохраняет свои защитные свойства на 100% после его хранения при +4°С в герметичной упаковке в течение 8 месяцев.

Пример 3. Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, содержащий дегидратированный высокоочищенный полипептид с органофосфатгидролазной активностью.

В 500 мл раствора 50 мМ карбонатного буфера (рН 10,0), содержащего 0,5 мг/мл высокоочищенного полипептида с органофосфатгидролазной активностью, вносят 150 г сорбента. Набухший сорбент вместе с ферментом регидратируют, высушивая его при 25°С до 10%-ной остаточной влажности, и распределяют на мембранотканевом материале, на поверхность которого нанесено связующее (3% раствор крахмала), сверху на сорбент накладывают целлюлозосодержащий нетканый материал, также содержащий связующее на своей поверхности, после чего все слои запрессовывают.

Полученный фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующий компонентный состав (мас.%): мембранотканевая составляющая - 21,4; сшитый акрилат - 21,4; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,0041 (по белку); буфер - 7,1; целлюлозосодержащая нетканая составляющая - 21,4; связующее - до 100 (к общей массе материала).

Такой фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал при нанесении на его поверхность вещества зоман в концентрации 10 г/м² обеспечивает нейтрализацию его паров при 37°С на 100% за 4 ч, гарантируя отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала на протяжении не менее 96 часов. Данный материал сохраняет свои защитные свойства на 100% после его хранения при +4°С в герметичной упаковке в течение 12 месяцев.

Пример 4. Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, содержащий неочищенный полипептид с органофосфатгидролазной активностью и хлорид бензетония в качестве антимикробного вещества.

В 650 мл раствора 100 мМ CHES буфера (рН 9,0), содержащего супернатант с полипептидом, обладающим органофосфатгидролазной активностью, полученный после дезинтеграции клеток с общей концентрацией белка 2,5 мг/мл, и 1% хлорида бензетония, вносят 220 г сорбента. Набухший сорбент распределяют на мембранотканевом материале, на поверхность которого нанесено связующее (1% раствор поливинилового спирта), сверху на сорбент накладывают целлюлозосодержащий нетканый материал, также содержащий связующее на своей поверхности, после чего все слои запрессовывают.

Полученный фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующий компонентный состав (мас.%): мембранотканевая составляющая - 13,5; сшитый акрилат - 15,0; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,11 (по белку); буфер - 44,8; целлюлозосодержащая нетканая составляющая - 7,4; антимикробное вещество - 0,45; связующее - до 100 (к общей массе материала).

Такой фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал при нанесении на его поверхность вещества зарина в концентрации 10 г/м² обеспечивает нейтрализацию его паров при 28°С на 100% за 7 ч, гарантируя отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала на протяжении не менее 96 часов. Данный материал сохраняет свои защитные свойства на 100% после его хранения при +4°С в герметичной упаковке в течение 6 месяцев.

Пример 5. Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, содержащий высокоочищенный регидратированный полипептид с органофосфатгидролазной активностью и метилпарабен в качестве антимикробного вещества.

В 350 мл раствора 50 мМ карбонатно-фосфатного буфера (рН 8,5), содержащего 5 мг/мл регидратированного лиофилизованного высокоочищенного препарата полипептида, обладающего органофосфатгидролазной активностью, и 2% метилпарабена, вносят 150 г сорбента. Набухший сорбент распределяют на мембранотканевом материале, на поверхность которого нанесено связующее (2% раствор полиэтиленгликоля), сверху на сорбент накладывают целлюлозосодержащий тканый материал, также содержащий связующее на своей поверхности, после чего все слои запрессовывают.

Полученный фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующий компонентный состав (мас.%): мембранотканевая составляющая - 15,0; сшитый акрилат - 13,2; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,22 (по белку); буфер - 40,0; целлюлозосодержащая тканая составляющая - 9,8; антимикробное вещество - 0,9; связующее - до 100 (к общей массе материала).

Такой фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал при нанесении на его поверхность вещества ви-икс в концентрации 10 г/м² обеспечивает нейтрализацию его паров при 22°С на 100% за 3 ч, гарантируя отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала на протяжении не менее 96 часов. Данный материал сохраняет свои защитные свойства на 100% после его хранения при +10°С в герметичной упаковке в течение 4 месяцев.

Пример 6. Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал, содержащий дезинтегрированные клетки бактерий, содержащие полипептид, обладающий органофосфатгидролазной активностью, и пропилпарабен в качестве антимикробного вещества.

В 475 мл раствора 50 мМ карбонатного буфера (рН 10,5), содержащего 10 мг/мл дезинтегрированных клеток E.coli, содержащих полипептид, обладающий органофосфатгидролазной активностью, и 3% пропилпарабена, вносят 210 г сорбента. Набухший сорбент распределяют на мембранотканевом материале, имеющем углесодержащую нетканую основу, на поверхность которой нанесено связующее (3% раствор крахмала), сверху на сорбент накладывают целлюлозосодержащий тканый материал, также содержащий связующее на своей поверхности, после чего все слои запрессовывают.

Полученный фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующий компонентный состав (мас.%): мембранотканевая составляющая - 10,3; сшитый акрилат - 14,4; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,4 (по белку); буфер - 32,6; целлюлозосодержащая тканая составляющая - 9,4; антимикробное вещество - 1,2; связующее - до 100 (к общей массе материала).

Такой фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал при нанесении на его поверхность вещества ви-икс в концентрации 10 г/м² обеспечивает нейтрализацию его паров при 45°С на 100% за 3 ч, гарантируя отсутствие паров токсичного химиката за слоем защитного материала на протяжении не менее 96 часов. Данный материал сохраняет свои защитные свойства на 100% после его хранения при +8°С в герметичной упаковке в течение 6 месяцев.

Пример 7. Дегазирующие свойства фильтрующе-сорбирующего материала.

Полипептид с активностью органофосфатгидролазы, в составе фильтрующе-сорбирующего материала, имеющего компонентный состав, описанный в Примере 2, способен осуществлять гидролиз не только Р-O, P-S и P-F связей в молекулах токсичных фосфорорганических соединений, а также катализировать гидролиз Р-С связи в молекулах первичных продуктов гидролиза отравляющих веществ. В частности, метилфосфоновая кислота, образующаяся в результате ферментативного гидролиза вещества ви-икс, постепенно накапливается в процессе дегазации ви-икс в сорбенте в микроокружении фермента и далее также ферментативно гидролизуется с образованием фосфорной кислоты (см. Чертеж 2). Таким образом, в заявляемом материале, а именно в сорбирующем самодегазирующемся слое, осуществляется глубокая деструкция сорбированных токсичных веществ под каталитическим воздействием полипептида с органофосфатгидролазной активностью.

Таким образом, заявляемый фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал имеет следующие преимущества по сравнению с аналогами и прототипом:

1. Заявляемый материал превосходит аналоги и прототип по своей способности дегазировать сорбированные токсичные химикаты в 4-8 раз в широком диапазоне рН и температуры.

2. Количество полипептида с активностью органофосфатгидролазы, используемого в качестве дегазирующего элемента, который в состав заявляемого материала может быть введен в различной форме, несопоставимо мало по сравнению с количеством металлических катализаторов и биокатализаторов, используемых в аналогах и прототипе.

3. Благодаря действию полипептида с активностью органофосфатгидролазы в составе заявляемого материала осуществляется более глубокая деструкция высокотоксичных фосфорорганических соединений, чем в аналогах и прототипе, до образования вторичных продуктов разложения токсичных веществ (пример 7).

4. Заявляемый материал обладает существенно улучшенными защитными свойствами по сравнению с известными аналогами на основе активного угля, в частности период времени, в течение которого гарантируется отсутствие паров высокотоксичных фосфорорганических соединений за слоем защитного материала, увеличен как минимум в 4 раза.

5. Введение в состав защитного материала антимикробных веществ, применение которых допустимо, в том числе и в детской косметологии, создает благоприятные условия для длительного хранения биокатализатора в герметичном виде (до 12 месяцев) при отсутствии порчи готовой продукции и в состоянии полной готовности к применению потребителями без возрастного ограничения.

Изобретение относится к технологии получения фильтрующе-сорбирующих материалов, которые могут быть использованы при изготовлении высокоэффективных средств индивидуальной защиты. Материал содержит верхний слой, изолирующий от проникновения токсичных веществ в виде жидкости и имеющий полиуретановую или фторолеиновую мембранотканевую составляющую, средний сорбирующий и самодегазирующийся слой, содержащий фермент со свойствами органофосфатгидролазы и сшитый акрилат, и нижний слой, выполненный из тканого или нетканого целлюлозосодержащего материала, предназначенный для контакта с кожным покровом, причем все слои проклеены связующим при следующем соотношении компонентов (мас.%): мембранотканевая составляющая - 10,3-21,4; сшитый акрилат - 12,7-21,4; полипептид с активностью органофосфатгидролазы - 0,00125-0,4 (по белку); буфер - 7,1-44,8; целлюлозосодержащая тканая/нетканая составляющая - 7,4-21,4; антимикробное вещество - 0-1,2; связующее - до 100 (от общей массы материала). Материал обеспечивает отсутствие паров высокотоксичных фосфорорганических соединений за слоем защитного материала в течение, как минимум, 96 часов. Материал может храниться до 12 месяцев без изменения защитных свойств. 2 ил.

Фильтрующе-сорбирующий самодегазирующийся материал для средств индивидуальной защиты от воздействия фосфорорганических сильнодействующих ядовитых и отравляющих веществ, имеющий верхний слой, изолирующий от проникания токсичных веществ в виде жидкости, средний сорбирующий и самодегазирующийся слой, содержащий фермент, и нижний слой, выполненный из тканого или нетканого целлюлозосодержащего материала, предназначенный для контакта с кожным покровом, отличающийся тем, что в виде верхнего слоя содержит полиуретановую или фторолеиновую мембранотканевую составляющую, в качестве дегазирующего элемента содержит полипептид со свойствами органофосфатгидролазы, а в качестве компонента, сорбирующего и удерживающего дегазирующий элемент в буфере, содержит сшитый акрилат с проклейкой всех слоев материала связующим при следующем соотношении компонентов (мас.%): мембранотканевая составляющая 10,3-21,4; сшитый акрилат 12,7-21,4; полипептид с активностью органофоасфатгидролазы 0,00125-0,4 (по белку); буфер 7,1-44,8; целлюлозосодержащая тканая/нетканая составляющая 7,4-21,4; антимикробное вещество 0-1,2; связующее до 100 (от общей массы материала).