НАНОСТРУКТУРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ БИОЦИДА Российский патент 2010 года по МПК A01N59/00 B82B3/00 A01P1/00 A01P3/00 

Изобретение относится к области производства биоцидов, обладающих фунгицидными и бактерицидными свойствами, и может быть использовано в строительстве, медицине и различных других областях техники, в частности в препаратах для превентивной пролонгированной антисептической обработки помещений с длительным пребыванием людей, для обработки поверхностей конструкционных изделий, в том числе медицинского назначения, и для получения препаратов, биосовместимых с тканями живого организма и предпочтительно предназначенных для наружного применения при лечении кожных заболеваний, незаживающих ран, трофических язв, ожогов, дерматоза, гнойничковых заболеваний кожи, воспалительных инфильтратов.

В практике производства фунгицидов и бактерицидов широко известно использование композиций, содержащих такие металлы, как Ag, Au, Pt, Pd, Cu и Zn (см. Н.Е.Morton, Pseudomonas in Disinfection, Sterilisation and Preservation, ed. S.S.Block, Lea and Febider 1977 и N.Grier, Silver and Its Compounds in Disinfection, Sterilisation and Preservation, ed. S.S.Block, Lea and Febiger, 1977). Известно также, что частицы вещества в диапазоне нанометрового размера 1-100 нм меняют свои химические, физические и биологические свойства, параметры которых имеют важное прикладное значение. При этом в последнее время уделяется значительное внимание использованию ультрадисперсных коллоидных систем биоцидных препаратов на основе металлосодержащих компонентов, предпочтительно серебросодержащих, относящихся к наиболее эффективным антимикробным средствам [см. кн. Благитко Е.М. и др. Серебро в медицине. Новосибирск: Наука-центр, 2004, 256 с.].

В техническом решении по патенту RU №2259871 предложен препарат, обладающий фунгицидными и бактерицидными свойствами, полученный в виде коллоидного раствора наноструктурной композиции биоцида на основе наночастиц металлов. Наноструктурную композицию биоцида получают растворением соли металла и водорастворимого полимера в воде и/или в неводном растворителе, затем реакционную емкость с полученным раствором продувают газообразным азотом или аргоном и облучают радиоактивным излучением. В этом способе восстановителем является сольватированный электрон, генерируемый ионизирующим излучением в растворе. В качестве соли металла можно использовать соль, по меньшей мере, одного металла, выбираемого из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, палладия и платины. Предпочтительно использование соли серебра, например нитрат, перхлорат, сульфат или ацетат. В качестве полимера берут поливинилпирролидон, сополимеры 1-винилпирролидона с акриловой или винилуксусной кислотами, со стиролом или с виниловым спиртом. В качестве неводного растворителя можно использовать метанол, этанол, изопропиловый спирт или этиленгликоль. В случае получения эмульсии дополнительно вводят в реакционную емкость поверхностно-активное вещество. Полученный нанокомпозит биоцида на основе металл-полимер используют в качестве противобактериального средства, стерилизатора, дезодорирующего средства.

Однако известный способ получения биоцида является достаточно сложным и дорогостоящим, так как синтез с целью предотвращения побочных реакций проводится в атмосфере инертного газа и с использованием источника ионизирующего излучения.

В техническом решении [патент РФ №2088234, 1997. БИ №24] предлагается водорастворимая бактерицидная композиция, которая содержит в своем составе нанокластеры нуль-валентного металлического серебра с размерами 2-4 нм, поли-N-винилпирролидон-2, который выступает в заявленном способе не только как стабилизатор коллоидного серебра, но и как реагент, участвующий в восстановлении за счет своих концевых альдегидных групп. При этом ионное серебро дополнительно восстанавливается до молекулярного действием этилового спирта на ионы серебра, координированные с поли-N-поливинилпирролидоном-2. В отсутствие последнего нитрат серебра не реагирует с этанолом. Препарат легко растворяется в воде с образованием коллоидного раствора и может быть использован при производстве препаратов для медицины и ветеринарии, препарат характеризуется пониженной токсичностью и аллергенностью.

Однако способ получения этого препарата трудоемок и требует больших энергозатрат, поскольку технология производства предусматривает распылительную сушку, имеет ограничение сырьевой базы, синтетический полимер увеличивает стоимость препарата.

Известно изобретение [патент RU 2278669], согласно которому водные растворы солей серебра с содержанием от 0,0011 до 0,40 г (от 0,007 до 2 ммоль) добавляют к водному раствору арабиногалактана при интенсивном перемешивании и оставляют при комнатной температуре в течение 30-90 мин. После этого добавляют 30%-ный гидроксид аммония или натрия до рН 10-11. Полученные смеси выдерживают при температуре 20-90°С в течение 5-60 мин. Раствор фильтруют и целевые продукты выделяют высаживанием фильтрата в этанол, осадок отфильтровывают и сушат в вакууме. Содержание серебра в полученных препаратах, определенное методом атомно-абсорбционного анализа, в зависимости от условий реакции варьируется в пределах 3,3-19,9%. По данным рентгено-дифракционного анализа серебро находится в нуль-валентном состоянии. Серебросодержащие производные сформированы в виде наноразмерных частиц 10-30 нм, частицы являются водорастворимыми, а также могут быть выделены в твердом виде. Серебропроизводные арабиногалактана обладают антимикробными свойствами и могут иметь широкий спектр применения. Например, производные с различным содержанием серебра могут быть использованы в медицине как антисептические средства наружного применения, как альтернативный антибиотикам лекарственный препарат, а также в качестве компонентов бактерицидных покрытий.

Однако использование стабилизатора - природного полисахарида арабиногалактана, в качестве восстановителя ионов серебра до нуль-валентного состояния, а также одновременно в качестве реакционной дисперсионной среды повышает и увеличивает стоимость препарата.

Таким образом, приведенные выше технические решения по получению обладающих бактерицидными свойствами препаратов на основе наноструктурных композиций биоцидов отличаются трудоемкостью и вместе с тем сравнительно низкой стабильностью их жидкостных дисперсий, вследствие вымывания или комплексообразования свободных ионов серебра в растворе.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение по патенту RU №2330673, в котором предлагается наноструктурная композиция биоцида, обладающая фунгицидными и бактерицидными свойствами.

В соответствии с известным техническим решением предложена наноструктурная композиция биоцида в виде наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Ag⁺ или/и ионами Cu²⁺, которые получены при модификации 10-20% растворами неорганических солей нитрата серебра или сульфата меди полуфабрикатов бентонита, предварительно обогащенных катионами Na⁺ при обработке их водным раствором неорганической соли натрия бентонита Na⁺-формы, последующей их очистки от кислотных анионов после их обогащения и солей натрия после их интеркаляции.

В соответствии с известным техническим решением наноструктурная композиция биоцида содержит основу в виде полярных растворителей.

Известная наноструктурная композиция биоцида в виде наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Ag⁺ или/и ионами Cu²⁺, получена из минеральных, экологически безопасных компонентов, биологически совместимых с тканями живых организмов, и может быть использована в качестве добавок при изготовлении строительных сухих смесей, в медицине и ветеринарии для антимикробной обработки поврежденных зон тканей живых организмов, в составе различных мазевых основ или гелей, способных поглощать микробные и тканевые токсины.

Известная наноструктурная композиция биоцида может быть использована в качестве препарата, например, для антимикробной и фунгицидной обработки поверхностей различных конструкционных изделий, для обработки текстильных изделий, а также в медицине и ветеринарии для обработки поврежденных зон тканей живых организмов и в составе препаратов, способных поглощать микробные и тканевые токсины.

Из данного технического решения следует, что экономически наиболее целесообразно использование наноструктурной композиции биоцида в виде смеси наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Ag⁺ и ионами Cu²⁺, при этом получаемый биоцид образует синергетически эффективную по бактерицидным и фунгицидным свойствам композицию.

Из данного технического решения также следует, что бактерицидная и фунгицидная активность пролонгирующего действия биоцида при обработке поверхностей конструкционных изделий наиболее эффективна при наличии в составе биоцида экологически и токсикологически безопасной жидкой среды в виде полярных растворителей. Наличие в композиции биоцида жидкой среды улучшает процесс его распределения на обрабатываемых поверхностях, обеспечивая таким образом максимальную микробиологическую эффективность, что является желательным при промышленном применении.

Однако композиции биоцида на основе смеси наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Ag⁺ и ионами Cu²⁺, не обладают универсальностью вследствие возможного проявления аллергенности в отношении тканей живых организмов при наружном применении, в частности при обработке незаживающих ран, трофических язв, ожогов, дерматоза, гнойничковых заболеваний кожи больных диабетом.

Использование наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Cu²⁺, в технических средствах и препаратах, предназначенных для обработки поверхностей конструкционных изделий, изготовленных из таких металлов, как железо и алюминий, может привести к образованию электрохимических коррозионных процессов и к биокоррозии при использовании в продуктах, предохраняющих древесные строительные материалы (телефонные столбы, ограды, деревянные перекрытия, плетеные изделия, окна и двери, фанера, прессованные древесные плиты, вафельные плиты, древесно-стружечные плиты, столярные изделия, мосты или деревянные изделия, обычно применяемые в строительстве жилых зданий и других сооружений) от поражения грибками.

Заданный в данном техническом решении широкий диапазон дисперсности наночастиц бентонитового порошка технологически неэффективен при компаундировании их в жидкостную основу вследствие возможной агломерации наночастиц в ней, что снижает надежность бактерицидных и фунгицидных свойств используемой композиции биоцида в отношении различных устойчивых форм микроорганизмов и колоний плесневых грибов.

Техническим результатом изобретения является создание наноструктурной композиции биоцида с компонентным составом в нем смеси проинтеркалированных ионами металлов наночастиц бентонитового порошка и их весового соотношения, образующей недорогую малотоксичную синергетическую композицию с эффективной бактерицидной и фунгицидной активностью пролонгирующего действия.

Техническим результатом изобретения является создание низкозатратной наноструктурной композиции биоцида, обладающего пролонгированными высокоэффективными фунгицидными и бактерицидными свойствами для получения препаратов, предназначенных для обработки поверхностей конструкционных изделий вне зависимости от физико-механических свойств их материалов.

Техническим результатом изобретения является создание низкозатратной наноструктурной композиции биоцида для получения препаратов, обладающих пролонгированными высокоэффективными фунгицидными свойствами в отношении различных устойчивых форм колоний плесневых грибов.

Для решения поставленного технического результата предложена наноструктурная композиция биоцида в виде наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Ag⁺ или/и ионами Cu²⁺, которые получены при модификации 10-20% растворами неорганических солей нитрата серебра или сульфата меди полуфабрикатов бентонита, предварительно обогащенных катионами Na⁺ при обработке их водным раствором неорганической соли натрия бентонита Na⁺-формы, последующей их очистки от кислотных анионов после обогащения и солей натрия после их интеркаляции, согласно изобретению в композицию дополнительно введены проинтеркалированные ионами Zn²⁺ наночастицы бентонитового порошка, которые получены после модификации указанных полуфабрикатов бентонита, обогащенных катионами Na⁺ при обработке их 10-20% растворами неорганических солей цинка хлорида (ZnCl₂) или цинка сульфата (ZnSO₄) и их очистки от солей натрия, при этом композиция имеет следующее соотношение компонентов, вес.ч:

Наночастицы, проинтеркалированные ионами Ag⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺, как 1:(0,2-0,8);

или

наночастицы, проинтеркалированные ионами Ag⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Cu²⁺, как 1:(0,2-0,8):(0,2-0,5);

или

наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Cu²⁺, как 1:(0,2-0,5),

а дисперсность наночастиц бентонитовых порошков не более 70 нм.

Согласно изобретению композиция биоцида содержит жидкостную основу в виде полярных растворителей.

Согласно изобретению при модификации полуфабрикатов бентонита, обогащенных ионами Na⁺, используют растворы названных неорганических солей серебра, меди и цинка и при соотношении, вес.ч.:

Полуфабрикат : раствор, как 1:(10-40).

При реализации заявляемого технического решения обеспечивается создание биоцида неорганического происхождения с компонентным составом смеси проинтеркалированных ионами металлов наночастиц бентонитового порошка и их весового соотношения, образующих недорогую синергетическую композицию, использование которой обеспечивает высокоэффективное бактерицидное и фунгицидное пролонгирующее действие с противоаллергенным эффектом на обрабатываемые зоны тканей теплокровных.

При реализации заявляемого технического решения обеспечивается создание наноструктурной композиции биоцида в виде недорогой синергетической композиции на основе проинтеркалированных ионами металлов наночастиц бентонитового порошка и полярного растворителя, обеспечивающей высокоэффективное бактерицидное и фунгицидное пролонгирующее действие на поверхностях различных конструкционных изделий вне зависимости от физико-механических свойств используемых в них материалов, форм микроорганизмов и колоний плесневых грибов.

Достигаемый изобретением технический результат объясняется:

использованием для изготовления препарата природного минерала в виде бентонита Na-формы, для структурного строения кристаллической решетки которого характерно послойное расположение «пакетов» отрицательно заряженных алюмокислородных и кремнекислородных соединений, объем «межпакетного» пространства которых имеет высокую сорбционную активность к растворам и к реакции ионного замещения катионов одного металла на катионы других металлов при наличии в «межпакетном» пространстве растворов, содержащих катионы металла-заместителя;

наличием процесса предварительного обогащения бентонита Na-формы ионами Na⁺ что обеспечивает активацию бентонита вследствие увеличения в его обменных емкостях суммарного количества ионов Na⁺, способных к дальнейшему ионному обмену при технологических операциях интеркалирования ионных процессов, сопровождающихся реакцией замещения адсорбированных катионов натрия в обменных емкостях бентонита на катионы других металлов. В результате реакций ионного обмена при модификации бентонита растворами солей нитрата серебра (AgNO₃), сульфата меди (CuSO₄), солью цинка (ZnCl₂) повышается плотность ионов Ag⁺, ионов Cu²⁺, ионов Zn²⁺ преимущественно в межпакетном пространстве алюмокислородных и кремнекислородных соединений бентонита. Процессы активации бентонитовых глин за счет их обогащения (технологическая обработка солевыми растворами) ионами соответствующих металлов, частности ионами Na⁺, используются при обезвоживании целлюлозной массы, обезвоживании бумажных отстоев в процессах разделения жидкость/твердое тело, при осветлении сточных вод, осветлении воды с отходами, содержащими чернила, и при фиксации пека (в процессах производства бумаги), а также при получении бентонита для гранулирования железной руды или для применений для переработки других минералов;

использованием в наноструктурной композиции биоцида дисперсионной среды наночастиц бентонитового порошка с высокой удельной поверхностью, что обеспечивает большую площадь контакта с бактериальной средой и повышает эффективность антимикробного и фунгицидного воздействия на патогенную микрофлору;

наличием в биоциде наночастиц, интеркалированных ионами Zn²⁺, ингибирующих коррозионные процессы;

наличием в композиции биоцида наночастиц бентонитового порошка, проинтеркалированных ионами Zn²⁺, способствующих благоприятному антибактериальному воздействию на ткани теплокровных, что объясняется широко известной практикой применения в медицине и в ветеринарии цинкосодержащих препаратов, улучшающих жизнедеятельность живых организмов;

использованием в наноструктурной композиции биоцида синергетически совместимых компонентов, как на основе смесей проинтеркалированных ионами металлов бентонитовых порошков, так и на основе используемой в композиции биоцида жидкостной среды, экологически безопасных к различным обрабатываемым поверхностям;

снижением затратной части по получению биоцида за счет использования в его композиции высокодисперсионной синергетически совместимой смеси наночастиц бентонитовых порошков.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и реализующих вышеописанный результат пролонгирующего действия бактерицидной (антимикробной) и фунгицидной эффективности на обрабатываемые поверхности различных конструкционных изделий и ткани теплокровных организмов.

Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна», «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение может быть промышленно реализовано для получения препаратов, предназначенных, например, для антимикробной обработки раневых, ожоговых, язвенных зон кожных покровов, для обработки слизистых поверхностей полости рта, для профилактической и для пролонгирующей антимикробной и фунгицидной обработки поверхностей конструкционных изделий, изготовленных из различных материалов.

Сущность изобретения поясняется:

таблицами 1 и 2, в которых приведены результаты по оценке бактерицидной и фунгицидной эффективности наноструктурных композиций биоцида по изобретению;

рекомендациями относительно выбора сырьевых компонентов для изготовления наноструктурной композиции биоцида, обладающего фунгицидными и бактерицидными свойствами.

Для получения наноструктурной композиции биоцида, обладающего фунгицидными и бактерицидными свойствами, используют готовые к применению медицинское и лабораторное оборудование, товарные продукты, а также известные технологические процессы, в частности:

бентонит (монтмориллонит) Na-формы, например, Саригюхского месторождения (Армения), относящийся к щелочным бентонитам, в которых содержание монтмориллонита (бентонит Na-формы) 75-85 мас.%, что является наиболее предпочтительным для реализации технологического процесса получения биоцида;

нитрат серебра (AgNO₃); сульфат меди (CuSO₄); цинка хлорид (ZnCl₂) или цинка сульфат, натрий хлористый (NaCl);

деионизированная вода; спирт, предпочтительно изопропанол; указанные растворители, соответственно, вода и спирт относятся к классу полярных растворителей;

наноструктурную композицию биоцида, обладающую фунгицидными и бактерицидными свойствами (см. патент RU №2330673, приоритет от 22.11.2006 г., патентообладатель - ЗАО «Институт прикладной нанотехнологии»), в соответствии с которым минералогическое сырье (бентонит Na-формы) активируют (обогащают) ионами Na⁺ путем обработки его 3-10% водным раствором хлористого натрия с последующей промывкой и фильтрованием полученного полуфабриката для удаления кислотных анионов, затем полученные полуфабрикаты модифицируют 10-20% раствором неорганических солей металла, в качестве которых используют нитрат серебра (AgNO₃), сульфат меди (CuSO₄), производят выдержку модифицируемого бентонита в указанных солевых растворах и очистку промодифицированного бентонита от солей натрия путем его промывки и фильтрации и после сушки полученный препарат измельчают, при этом обработку неорганического минерала названными растворами производят при соотношении, вес.ч., бентонит : раствор, как 1:(10-40).

При реализации заявляемого изобретения на основе использования указанных выше компонентов, известных технологических процессов, заданного весового соотношения компонентов обеспечивается получение наноструктурных композиций биоцидов, обладающих антимикробным пролонгирующим действием на колонии бактериологических примесей и организмов, характерных:

для поражения поверхностей конструкционных изделий вне зависимости от физико-механических свойств их материалов;

для поражения различных инфицированных ран, в том числе и долго незаживающих, не реагирующих на лечение известными средствами.

Полученные по изобретению наноструктурные композиции биоцидов не токсичны, не вызывают аллергии, не имеют противопоказаний и обладают высокими противоотечными, сорбционными, ионообменными и противовоспалительными свойствами.

Реализация изобретения при изменении состава используемых компонентов, заданного весового соотношения приведет к ухудшению эксплуатационных свойств изготавливаемых по изобретению композиций биоцидов или к удорожанию процесса его получения.

Реализации изобретения поясняется следующими этапами и конкретными примерами его выполнения.

1 этап - изготовление полуфабрикатов бентонита, предварительно обогащенных катионами Na⁺, в соответствии с которым полуфабрикаты получают по технологическому процессу (патент RU №2330673).

Бентонит (монтмориллонит) Na-формы в количестве 5 г заливают предпочтительно 5% водным раствором NaCl, выдерживают в данном растворе, осуществляя дополнительное обогащение бентонита ионами натрия, затем производят многократную промывку для удаления анионов хлора, последующую фильтрацию через фильтр «белая лента» и сушку.

2 этап - получение интеркалированных ионами металлов наночастиц бентонитового порошка, не содержащих солей натрия.

На данном этапе из полуфабрикатов бентонита, изготовленных на 1-м этапе, получают проинтеркалированные ионами металлов наночастицы бентонитовых порошков, не содержащих солей натрия по следующим примерам.

Пример 1

Очищенный от кислотных анионов полуфабрикат высушивали и модифицировали 10-20% водным раствором нитрата серебра (при красном освещении). Предпочтительно используют 15% водным раствором нитрата серебра. Процесс модификации осуществляют при выдержке в указанном растворе и при температуре, соответствующей его растворимости в воде. Полученный модифицированный полуфабрикат многократно промывали для удаления солей натрия, фильтровали и сушили предпочтительно при температуре выше 20°С и не более 80°С. Расход водных растворов на обработку 5 г полуфабриката составил: бентонит : водный раствор, как 1:20. После сушки продукт подвергали дисперсионному измельчению. Получен не содержащий солей натрия проинтеркалированный ионами Ag⁺ бентонитовый порошок. Полезный выход продукта 4,8 г.

Пример 2

Те же материалы и технологические приемы, что и в примере 1, но модификацию бентонита обогащенного ионами натрия производят с использованием 15% водного раствора сульфата меди. Получен не содержащий солей натрия интеркалированный ионами Cu²⁺ бентонитовый порошок. Полезный выход продукта 4,8 г.

Наноструктурные композиции биоцидов по примерам 1 и 2 получены в соответствии с известным решением по патенту №2330673.

Для изготовления наночастиц бентонитового порошка, интеркалированного ионами Zn²⁺, которые вводят в состав наноструктурной композиции биоцида по изобретению, осуществляют в соответствии с примером 3.

Пример 3

Те же материалы, технологические приемы, что и в примере 1, но модификацию полуфабриката бентонита, обогащенного ионами натрия, производят в соответствии с заявляемым изобретением. Для этих целей использовали предпочтительно 15% водный раствор цинка хлорида (ZnCl₂) (наиболее доступный химический препарат). В результате после многократной промывки для удаления солей натрия, фильтрования, сушки и последующего дисперсионного измельчения получен не содержащий солей натрия проинтеркалированный ионами Zn²⁺ бентонитовый порошок. Полезный выход продукта 4,8 г.

Расход водных растворов на обработку 5 г полуфабриката составил: бентонит : водный раствор, как 1:20.

Процесс дисперсионного измельчения до заданной по изобретению дисперсности наночастиц оуществляют во всех примерах следующим образом:

полученные продукты после интекалирования (модификации) ионами металлов, их очистки от солей натрия и сушки суспендируют (интенсивно перемешивают) в большом количестве воды, дают отстояться в течение некоторого времени и декантируют надосадочную жидкость. После добавления воды снова суспендируют осадок, отстаивают, декантируют. Этот процесс проводится многократно. Фильтрацией из декантированной жидкости выделяют нанодисперсный продукт, сушат его и размалывают в планетарных мельницах. При таком способе получения нанопорошков расходуется большое количество деионизованной воды, процесс достаточно длителен;

для снижения трудоемкости названные продукты по примерам 1-3 компаундировали в деионизированную воду при соотношении вес.ч.: продукт (примеры 1-3) : растворитель, как 1:10, и осуществляли структруирование дисперности наночастиц бентонитового порошка до размерности их не более 70 нм с использованием ультразвукового диспергатора.

Ультразвуковые диспергаторы широко используются в различных отраслях промышленности (химической, фармацевтической, пищевой и др.). В качестве источника ультразвука используют либо гидродинамические излучатели, либо излучатели на основе электромеханически-активных материалов, например магнитострикционные преобразователи. Использование ультразвукового диспергатора значительно ускорят процесс структурирования бентонитовых порошков до заданной дисперсности.

Процесс осуществляли с использованием диспергатора Bandelin Sonoplus HD2070 при мощности 40 Вт в течение 10-20 мин. Полученные коллоидные системы наносились на подложку и после испарения воды сканировались на микроскопе.

Контроль за размерностью полученных при диспергировании бентонитовых порошков производили с использованием электронного микроскопа. В результате осуществленных технологических приемов получена дисперсность наночастиц не более 70 нм при соотношении: 30% от общего количества структруированного продукта имело дисперсность 5-20 нм, остальное - 70 нм.

Интеркалированные ионами названных металлов дисперсии бентонитовых порошков с размерностью наночастиц не более 70 нм использовали для приготовления смесей наноструктурных композиций биоцида по изобретению.

Пример 4

Полученные наночастицы бентонитовых порошков, проинтеркалированных соответственно ионами Ag⁺ и Zn²⁺ (примеры 1 и 3), смешивали при соотношении их вес.ч.:

продукт (пример 1) : продукт (пример 3), как 1:0,5.

Полученную смесь наночастиц бентонитовых порошков компаундировали в полярный растворитель, предпочтительно в деионизированную воду, при следующем соотношении:

смесь бентонитовых порошков (пример 4) : полярный растворитель, как 1:20.

Получен 5% водный раствор композиции биоцида.

Пример 5

Полученные наночастицы бентонитовых порошков, проинтеркалированных соответственно ионами Ag⁺, Zn²⁺ и Cu²⁺ (примеры 1, 2 и 3), смешивали при соотношении их вес.ч.:

продукт (пример 1) : продукт (пример 3) : продукт (пример 2), как 1:0,5:0,3.

Полученную смесь наночастиц бентонитовых порошков компаундировали в полярный растворитель, предпочтительно в деионизированную воду, при следующем соотношении:

смесь бентонитовых порошков (пример 5) : полярный растворитель, как 1:20.

Получен 5% водный раствор композиции биоцида.

Пример 6. В отличие от примера 5 полученную смесь наночастиц бентонитовых порошков компаундировали в полярный растворитель в виде 40% водно-спиртового раствора при следующем соотношении, вес.ч.: продукт (пример 5) : основа, как 1:20.

Получен 5% водно-спиртовой раствор композиции биоцида.

Пример 7

Полученные наночастицы бентонитовых порошков, проинтеркалированных соответственно ионами Zn²⁺ и Cu²⁺ (примеры 2 и 3), смешивали при соотношении их вес.ч.:

продукт (пример 3) : продукт (пример 2), как 1:0,5.

Полученную смесь наночастиц бентонитовых порошков компаундировали в деионизированную воду при следующем соотношении:

смесь бентонитовых порошков (пример 7) : полярный растворитель, как 1:20.

Получен 5% водный раствор композиции биоцида.

Дополнительно для проведения оценочных испытаний были приготовлены контрольные композиции биоцидов по примерам 8-10 с использованием в них:

Пример 8

Продукт (пример 1) : полярный растворитель (деионизированная вода), как 1:20.

Пример 9

Продукт (пример 2) : полярный растворитель (деионизированная вода), как 1:20.

Во всех примерах 1-9 используемые наночастицы бентонитовых порошков имели дисперсность не более 70 нм.

Пример 10

Продукт (пример 1) : полярный растворитель (деионизированная вода) 1:20, дисперсность наночастиц не более 100 нм (30% наночастиц с дисперсностью не более 30 нм и 70% с дисперсностью 100 нм)

Биоцидные свойства препаратов, полученных по примерам 1-10, оценивались по бактерицидной и фунгицидной активности испытуемых образцов.

Оценку бактерицидной (антимикробной) активности наноструктурных композиций испытуемых образцов проводили с использованием интегрального диско-диффузионного метода. (Руководство по медицинской микробиологии. Общая и санитарная микробиология. Под редакцией А.С.Лабинской, Е.Г.Волиной. Москва, БИНОМ, 2008, с. 342-352.)

Указанный метод основан на диффузии в плотную питательную среду испытуемого антимикробного препарата.

Метод заключался в однократной обработке стандартных дисков диаметром 5 мм испытываемыми образцами.

Диски накладывали на поверхность плотной питательной среды (трипказо-соевый агар, производство фирмы bioMerieux, Франция), предварительно засеянной одним из тест-микроорганизмов.

Чашки Петри с культурами тест-микроорганизмов и дисками, обработанными водными растворами образцов, помещали на 24-48 часов в термостат при температуре 37°С.

После истечения указанного срока производили учет результатов исследований путем измерения диаметра зоны задержки роста тест-микроорганизмов в мм вокруг вышеуказанных дисков. Каждое исследование повторяли в трех повторностях.

В качестве тест-микроорганизмов использовали 24-часовые культуры бактерий видов Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и споры бактерий вида Bacillus cereus.

Для приготовления взвеси тест-культуры вегетативных форм бактерий использовали суточную культуру, выращенную на плотной питательной среде (трипказо-соевый агар) при температуре 37°С.

Для приготовления взвеси тест-культуры спорообразующих бактерий использовали суточную культуру, выращенную на плотной питательной среде (трипказо-соевый агар) при температуре 37°С. Затем для стимулирования спорообразования у бактерий рода Bacillus готовили суспензию культуры в физиологическом растворе и рассевали ее на поверхность картофельного агара, разлитого в стерильные чашки Петри, в объеме 0,2-0,5 мл на чашку. Инкубирование посевов производили в течение 48 часов при температуре 37°С в термостате. По истечении 48-часовой инкубации чашки Петри с посевами вынимали из термостата и дополнительно выдерживали при комнатной температуре (20-22°С) в присутствии естественного источника света в течение 5 суток.

В дальнейшем проводили контрольное исследование тест-культур бактерий, выращенных на картофельном агаре в течение 7 суток при различных условиях инкубации, направленное на выявление спорообразования у бактерий рода Bacillus. Для этого готовили препарат тест-культуры бактерии, прокрашивали его методом Шеффера-Фултона и производили осмотр под микроскопом. Если при осмотре препарата под микроскопом видно до 90-95% спор бактерий в препарате, то данную тест-культуру спорообразующей бактерии можно применять для приготовления суспензии. В противном случае тест-культура бактерии требует дальнейшего инкубирования.

Взвесь каждой тест-культуры бактерии готовили в стерильном физиологическом растворе, используя эталонный стеклянный стандарт мутности на 10 единиц, что соответствует количеству микробных клеток 1 млрд/мл. Затем серией последовательных разведений в стерильном физиологическом растворе добивались концентрации взвеси тест-микроорганизма, равной 10⁶ клеток в 1 мл. Суспензию каждого вида бактерий с данной концентрацией наносили на поверхность питательной среды (газон культуры). На полученный бактериальный газон накладывали диски, пропитанные исследуемыми препаратами по примерам 4-10.

Бактерии вида Staphylococcus aureus выбраны как одни из наиболее резистентных представителей грамположительной микрофлоры человека, являющиеся кроме этого одними из основных возбудителей госпитальных инфекций, а также возбудителями гнойничковых инфекций кожи, фурункулов, абсцессов и других осложнений.

Бактерии вида Pseudomonas aeruginosa (штамм АТСС №10145) выбраны как одни из наиболее резистентных представителей грамотрицательной флоры, обладающие высокой устойчивостью к физическим и химическим факторам. Как правило, они проявляют устойчивость ко многим лекарственным и дезинфицирующим средствам. Кроме этого бактерии данного вида известны как возбудители инфекционных осложнений ожоговых ран, бактериемий, септицемий со смертельным исходом и других осложнений инфекционной этиологии.

Бактерии рода Bacillus (Bacillus cereus штамм №8035 NCTC) выбраны как представители спорообразующих микроорганизмов, споры которых являются наиболее устойчивыми к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, в том числе и к действию дезинфицирующих средств. Среди них имеются как возбудители инфекционных заболеваний, так и возбудители биокоррозий конструкционных материалов. Как правило, споры бактерий рода Bacillus используются для испытаний качества работы автоклавов, сухожаровых шкафов и дезинфицирующих средств.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.

Оценку фунгицидной (антифунгальной) активности испытуемых образцов (примеры 4-10) проводили интегральным диско-диффузионным методом, как указано выше.

Метод заключался в однократной обработке испытуемыми образцами стандартных дисков диаметром 5 мм.

Диски накладывали на поверхность плотной питательной среды (Czapek Dox Agar, производство фирмы Himedia, Индия), предварительно засеянной одним из тест-микроорганизмов.

Чашки Петри с культурами тест-микроорганизмов и дисками, обработанными названными образцами, помещали на 5-7 суток в термостат при температуре 28°С.

После истечения указанного срока производили учет результатов исследований путем измерения диаметра зоны задержки роста тест-микроорганизмов в мм вокруг вышеуказанных дисков.

Количество образцов каждого наименования брали с учетом проведения оценки показателя не менее чем на 3-х образцах.

В качестве тест-микроорганизмов использовали культуры грибов видов Aspergillus sydowii (шт. 9-6), Aspergillus niger (шт. 4-3-11), Cladosporium cladosporioides шт. (2-3), Penicillium expansum (шт. 4-3-3), Ulocladium botrytis (шт. 15-10). Эти штаммы были выделены из среды обитания Международной космической станции и обладали устойчивостью к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, в том числе и к действию дезинфицирующих средств. Как правило, грибы вида Aspergillus niger используются для испытаний качества дезинфицирующих средств.

Для стандартизации тест-культур микромицетов штаммы выращивали в чашках Петри со средой Чапека. Подтверждали их видовую идентичность на основании анализа их культуральных и морфологических свойств, а затем высевали на скошенный агар (среда Чапека), разлитый в большие (диаметр 20-22 мм) пробирки. Культуры выращивали в термостате при температуре 28°С в течение 10-14 дней. Полученные таким образом штаммы хранили в холодильнике при температуре +4°С и по мере необходимости их отсевали и использовали в целях приготовления взвеси (суспензии). Для приготовления взвеси (суспензии) спор грибов использовали тест-культуры грибов, выращенные на среде Чапека при 28°С, имеющие возраст от 14 до 28 суток, считая с момента пересева.

Суспензию спор в концентрации 1 млн/мл готовили отдельно для каждого вида тест-культур грибов. Для этого в колбу (пробирку), содержащую 15±5 мл стерильного физиологического раствора, переносили споры грибов из пробирки с чистой культурой. Перенос спор из пробирок в колбу (пробирку) осуществлялся путем захвата спор бактериологической петлей.

При взятии спор из пробирки не касались петлей питательной среды. Определение количества спор в суспензии осуществляли методом подсчета с использованием счетной камеры Горяева.

Суспензию каждого вида гриба заданной концентрацией наносили на поверхность питательной среды (газон культуры). На полученный газон грибной культуры накладывали диски, пропитанные исследуемыми образцами (примеры 4-10).

Результаты исследований сведены в таблицу 2.

Из анализа таблиц 1 и 2 следует, что водные и водно-спиртовые растворы наноструктурных композиций биоцида (примеры 4-10) обладают антимикробной активностью в отношении представителей грамположительной, грамотрицательной и спорообразующей флоры (таблица 1).

Из приведенной таблицы 1 следует, что при исследовании образцов (пример 8), содержащих наночастицы бентонита, интеркалированные ионами серебра (Ag⁺), зоны задержки роста вокруг дисков, обработанных препаратом, у бактерий вида S.aureus составляли 20 мм, у бактерий P.aeruginosa - 18 мм, а у спорообразующих бактерий вида B.cereus - 11 мм. Эти данные свидетельствуют об эффективности бактерицидной активности серебросодержащих препаратов, что традиционно для данного вида металла, обладающего широким спектром антимикробной активности. Вместе с тем, затратная часть на производство данного продукта значительно повышается, что нецелесообразно.

В результате испытаний установлено, что испытываемые образцы в соответствии с изобретением (примеры №№4-7), содержащие смесь наночастиц бентонита с ионами металлов, по своим бактерицидным свойствам пролонгированного действия незначительно отличаются от продукта по примеру 8 и имеют по сравнению с ним более низкую затратную часть по их получению.

В результате испытаний также установлено, что при использовании композиции биоцида на основе наночастиц бентонитового порошка, интеркалированного ионами Cu²⁺ (пример 9), проявляется значительный рост Bacillus (Bacillus cereus штамм №8035 NCTC), что свидетельствует о наличии биокоррозионых процессов.

Также установлено, что эффективность бактерицидных свойств препаратов (пример 10) значительно падает при наличии в продукте значительной части наночастиц бентонитовых порошков с дисперсностью их более 70 нм.

Наилучшими фунгицидными свойствами обладали препараты по примерам 4-8.

У этих препаратов выявлены фунгистатические и фунгицидные свойства, выражающиеся в разной степени по отношению к различным видам грибов (таблица 2). Наиболее чувствительными к указанным испытуемым препаратам проявляли себя темноокрашенные грибы, а наиболее устойчивыми являлись аспергиллы.

Из проведенных исследований по оценке фунгицидной (антифунгальной) активности следует, что испытываемые образцы в соответствии с изобретением (примеры №№4-7), содержащие смесь наночастиц бентонита с ионами металлов, по своим фунгистатическим и фунгицидным свойства пролонгированного действия незначительно отличаются от продукта по примеру 8 (контрольный пример) и имеют по сравнению с ним более низкие затраты на изготовление.

Также установлено, что эффективность фунгицидных свойств препаратов (пример 10) значительно падает при дисперсности наночастиц бентонитовых порошков более 70 нм.

Таким образом, проведенные исследования в целом подтверждают высокую эффективность бактерицидных и фунгицидных свойств пролонгирующего действия наноструктурных композиций биоцида по заявляемому изобретению по отношению к различным колониям микроорганизмов, что свидетельствует о целесообразности использования изобретения:

для антимикробной обработки раневых, ожоговых, язвенных зон кожных покровов, для обработки слизистых поверхностей полости рта без токсикации зон обработки;

для обработки поверхностей конструкционных изделий вне зависимости от свойств материалов, используемых для их изготовления.

Таблица 1
Антимикробная активность испытываемых образцов № п/п Испытуемые образцы Вид Staphylococcus aureus Pseudomonas aeruginosa Bacillus cereus     диаметр зоны задержки роста тест-микроорганизмов в мм вокруг стандартных дисков, обработанных испытуемыми образцами. Диаметр дисков - 5 мм 1 Пример 4 (Ag⁺+Zn²⁺+вода) 18 17 10 2 Пример 5 (Ag⁺+Cu²⁺+Zn²⁺+вода) 19 17 10 3 Пример 6 (Ag⁺+Сu²⁺+Zn²⁺+водно-спиртовая основа) 20 18 11 4 Пример 7 (Сu²⁺+Zn²⁺+вода) 17 16 9 5 Пример 8 (Ag⁺+вода)-контрольный образец 20 18 11 6 Пример 9 (Сu²⁺+вода)-контрольный образец 14 11 6 7 Пример 10 (Ag⁺+Сu²⁺+ Zn²⁺+вода) 12 10 7

Изобретение относится к сельскому хозяйству, строительству, медицине. Наноструктурная композиция биоцида содержит наночастицы бентонитового порошка, проинтеркалированные ионами Ag⁺ или/и ионами Сu²⁺. Они получены при модификации 10-20% растворами солей нитрата серебра или сульфата меди полуфабрикатов бентонита, обогащенных катионами Na⁺. Обогащение проводят при обработке водным раствором неорганической соли натрия бентонита Nа⁺-формы. Осуществляют очистку от кислотных анионов после обогащения и от солей натрия после интеркаляции и диспергирование. В композицию дополнительно вводят проинтеркалированные ионами Zn²⁺ наночастицы бентонитового порошка. Они получены при модификации полуфабрикатов бентонита при обработке их 10-20% растворами ZnCl₂ или ZnSO₄, очистке от солей натрия и диспергировании. Композиция имеет следующее соотношение компонентов, вес.ч: наночастицы, проинтеркалированные ионами Ag⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺, 1:(0,2-0,8); или наночастицы, проинтеркалированные ионами Ag⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Сu²⁺, 1:(0,2-0,8):(0,2-0,5); или наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Cu²⁺, 1:(0,2-0,5). Дисперсность наночастиц бентонитовых порошков не более 70 нм. Изобретение обеспечивает высокоэффективное бактерицидное и фунгицидное пролонгирующее действие на поверхностях различных конструкционных изделий вне зависимости от физико-механических свойств используемых в них материалов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Наноструктурная композиция биоцида, содержащая наночастицы бентонитового порошка, проинтеркалированные ионами Ag⁺ или/и ионами Сu²⁺, которые получены при модификации 10-20%-ными растворами неорганических солей нитрата серебра или сульфата меди полуфабрикатов бентонита, предварительно обогащенных катионами Na⁺ при обработке водным раствором неорганической соли натрия бентонита Nа⁺-формы, последующей их очистки от кислотных анионов после обогащения и солей натрия после их интеркаляции, отличающаяся тем, что в композицию дополнительно введены проинтеркалированные ионами Zn²⁺ наночастицы бентонитового порошка, которые получены после модификации 10-20%-ными растворами неорганических солей цинка хлорида (ZnCl₂) или цинка сульфата (ZnSO₄), обогащенных катионами Na⁺ указанных полуфабрикатов бентонита, последующей их очистки от солей натрия и диспергирования, при этом композиция имеет следующее соотношение компонентов, вес.ч.:
наночастицы, проинтеркалированные ионами Ag⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺, как 1:(0,2-0,8)
или
наночастицы, проинтеркалированные ионами Ag⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Сu²⁺, как 1:(0,2-0,8):(0,2-0,5)
или
наночастицы, проинтеркалированные ионами Zn²⁺ : наночастицы, проинтеркалированные ионами Сu²⁺, как 1:(0,2-0,5),
а дисперсность наночастиц бентонитовых порошков не более 70 нм.

2. Наноструктурная композиция биоцида по п.1, отличающаяся тем, что композиция биоцида содержит жидкостную основу в виде полярных растворителей.

3. Наноструктурная композиция биоцида по п.1, отличающаяся тем, что при модификации полуфабрикатов бентонита, обогащенных ионами Na⁺, используют растворы названных неорганических солей серебра, меди и цинка при соотношении, вес.ч.: полуфабрикат : раствор 1:(10-40).