СУСПЕНЗИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ НАНОЧАСТИЦЫ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ГИДРОКСОНИЕМ, СОСТАВ, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ УКАЗАННОЙ РАЗБАВЛЕННОЙ СУСПЕНЗИИ, ПОРОШОК, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ УКАЗАННОЙ ДЕГИДРАТИРОВАННОЙ СУСПЕНЗИИ, КОМПОЗИЦИИ, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ УКАЗАННОГО ПОРОШКА, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2013 года по МПК C01B33/12 C01B33/143 B82B1/00 

Настоящее изобретение относится к стабильной водной суспензии, содержащей наночастицы коллоидного раствора кремниевой кислоты, стабилизированные гидроксонием, способные растворяться в водных средах, к получению и применению. Также настоящее изобретение относится к твердому соединению указанной суспензии в форме порошка, его получению и применению. Дополнительно настоящее изобретение относится к различным композициям, содержащим указанный порошок и их применению. Порошок сохраняет биодоступность водной суспензии.

Силикаты богаты силикатами и алюмосиликатами. Они содержатся почти во всей земной коре. Многие организмы используют диоксид кремния как защитный или усиливающий материал против хищников, инфекций или экстремальных условий внешней среды. Также диоксид кремния участвует в развитии многоклеточных организмов и может влиять на ферментативные реакции.

Конкретные бактерии, простейшие животные организмы, водоросли и растения создают определенные кремниевые структуры. Они используют анионы кремния, силикатные комплексы или монокремниевую кислоту для создания конкретных кремниевых (полимеризованных) структур, которые, как правило, используют в качестве защитного слоя оболочки. Некоторые губки формируют скелетные иглы, позволяющие им закрепляться. Следовательно, они образуют дифференцированные клетки, продуцирующие строительные белки-селикатеины. Диатомовые кремниевые водоросли очень важны в биогенном кремниевом цикле формирования кремниевых панцирей как защитного слоя от хищников.

Кремний содержится в растениях в пределах от 0,01 до 10% или более (по массе сухого вещества). Это значительно выше, чем для большинства макронутриентов. Многочисленные исследования показали роль кремния как успокаивающего средства при биотическом или абиотическом стрессе, индуцированном другими организмами (бактериями, грибами, вирусами, одноклеточными организмами, насекомыми, …) и физическими условиями (стресса, вызванный засолением, стресса, вызванный засухой, водный стресс, тепловой стресс, осмотический стресс, стресс от холода и тому подобное). Различные части растений могут сильно варьировать в потреблении кремния. Фитолиты диоксида кремния наблюдают в клеточных стенках или просвете клеток растений. Также существуют видимые комплексы с компонентами клеточных стенок (полисахариды, пектины, лигнины, белки и тому подобное, …). Неполимеризованный диоксид кремния, такой как моно- и дикремниевая кислота, предшественники биогенного диоксида кремния также могут играть активную роль в определенных ферментативных системах, участвующих в окислительном стрессе и в биосинтезе и метаболизме определенных макромолекул, важных в биохимических путях (ссылки 22, 23).

Люди постоянно подвергаются воздействию различных источников кремния, таких как пыль (диоксид кремния, силикаты), частицы почвы (силикаты, диоксид кремния), растворенный в воде диоксид кремния, товары медицинского назначения, инертный диоксид кремния в фармацевтических препаратах и косметических средствах, органические соединения кремния в медицинских имплантах и устройствах, пищевые добавки (инертные силикаты), биологически активные добавки к пище (коллоидные гели, растворимые органические соединения кремния), растительные экстракты (фитолитические), косметические и гигиено-косметические средства (нерастворимые силикаты), детергенты и тому подобное. Как правило, ни один из этих продуктов не обладает высокой биодоступностью. Биодоступны и безопасны для человека только растворимый диоксид кремния и моно- или дикремниевая кислота в питьевой воде и пищевых добавках или биологически активных добавках к пище. Большинство соединений кремния потребляются с пищей и питьевой водой. Потребление с пищей в западном мире составляет в пределах около 15-60 мг Si/день. Более высокое потребление растительной пищи ведет к более высокому потреблению, вплоть до 200 мг Si/день. Пиво также является вызывающим интерес источником биодоступного кремния.

Абсорбция диоксида кремния в желудочно-кишечном тракте зависит, главным образом, от присутствия абсорбируемых видов кремниевой кислоты и силикатов. Только растворимые силикаты (или силикатные комплексы) и моно- или дикремниевая кислота, полученная при растворении соединений диоксида кремния, легко абсорбируется и выделяется.

Кроме того, диоксид кремния по-прежнему является фактором риска заболеваний у человека (ссылки 24, 25, 26, 27, 28). В частности, кристаллический (песок) или аморфный (натуральный или синтетический) диоксид кремния действует через активацию макрофагов и выделение цитокинов, факторов роста и оксидантов (ROS). Выражалась некоторая озабоченность возможной связью между диоксидом кремния и раком пищевода. Следовательно, важно получать зольное соединение диоксида кремния, который растворим, гидратируется и предпочтительно быстро растворим при разбавлении. Частицы стабильного и очищенного синтетического золя могут быть вредны. Растворимые соединения диоксида кремния не токсичны. Кристаллический диоксид кремния может выделять свободные радикалы в раствор (ROS) в комбинации с растворимым железом и может непосредственно повреждать слой эпителиальных клеток. Важно, чтобы стабилизирующий агент был способен удалять ROS радикалы, которые также индуцируют полимеризацию. Следовательно, очень важно не использовать высушенный или выпаренный диоксид кремния, который растворяется очень медленно.

Кремний не признан незаменимым элементом, хотя он незаменим для определенных бактерий, грибов, диатомовых водорослей и растений в отношении их выживания и размножения. Кремний также играет важную роль в росте и силе животных и людей. Кремний теснейшим образом связан с развитием соединительной ткани и активностью клеток, находящихся во внеклеточном матриксе, и может играть важную терапевтическую роль в поддержании и профилактике или лечении заболеваний, связанных с внеклеточным матриксом, таких как артериосклероз, артрит, остеоартрит, остепороз, заболевания кожи, волос и ногтей, пониженная минерализация костей, пониженный синтез коллагена, пониженный рост скелета, заболевания суставов, заживление переломов и тому подобное. Также он важен в детоксикации ионов алюминия и других токсичных металлов. В нескольких последних публикациях говорится о важности кремния в здоровье костей и, в частности, в синтезе коллагена. Поэтому продолжает существовать потребность в подходящей технологии и составе биодоступного диоксида кремния для растений, животных и людей.

Следующие патенты: США-1233933, США-3867304, WO02/051748, США-2356774, США-2391255 и США-3083167 раскрывают получение золя диоксида кремния в кислой среде. В этих документах описываются золи диоксида кремния, стабилизированные за счет ионного обмена или использования комплексообразующих соединений органической кремниевой кислоты.

Было предложено множество композиций с кремниевой кислотой в качестве кремниевых добавок для растений, животных и людей, но они не относятся к коллоидному раствору кремния или не стабилизированы монокремниевой кислотой.

В патенте США-4037019 описываются кислые гидрозоли и способы покрытия ими. Силикаты металлов или гидросиликат магния и необязательно соединение магния и соединение бора смешивают в кислой среде. Полученные золи устойчивы, по меньшей мере, в течение 15-20 минут. В этом изобретении описываются смеси силиката (твердый порошок), которые вообще нерастворимы в кислой среде.

В патенте США-6335457 описывается комплекс, содержащий биологически доступную ортокремниевую кислоту, где ортокремниевая кислота образует комплекс с полипептидами и находится в твердой, стабильной и концентрированной форме. Во время синтеза твердой формы используют спирт, и pH в процессе получения составляет в пределах от 1,5 до 4. Коллоидные растворы кремниевой кислоты не описываются.

В патенте EP-743922 описывается получение ортокремниевой кислоты (мономер), стабилизированной соединением четвертичного аммония растворением соединения кремния в растворе, содержащем стабилизирующий агент. Молярная концентрация кремния, полученная при показателе pH 4, составляет более чем 1,4. Коллоидный раствор кремния не образуется. Стабилизатор должен присутствовать всегда и не может быть исключен.

В патенте США-2006/0178268 описывается водный раствор, содержащий борную кислоту, а не коллоидный раствор кремниевой кислоты. Бор присутствует во время гидролиза кремниевого соединения в кислом растворе. Борная кислота абсорбирует олигомеры. Без присутствия увлажнителя в очень высокой концентрации могут быть достигнуты только очень низкие концентрации диоксида кремния (вплоть до 0,0035 моль) и бора. Бор необходим для стабилизации коллоидных олигомеров и для более высокой биологической активности. Без бора и увлажнителей стабильность теряется при более высокой молярной концентрации кремния при показателе pH ниже 2. Малые олигомеры не остаются на фильтре или фильтрах с номинальным отсечением по молекулярной массе 20000. Увлажнители включают мочевину, декстран, полисорбат, гликоль, сорбит, галактозу, целлюлозу, растительную камедь. Они должны быть использованы в концентрациях более чем 30% (мас./об.). При использовании этого состава не могут быть получены растворы, свободные от бора.

В патенте США-2006/099276 описывается способ получения экструдата, включающего кремниевую кислоту, указанный экструдат, его применение и фармацевтическая композиция, включающая указанный экструдат. Предлагается экструдат стабилизированной кремниевой кислоты в виде монокремниевой кислоты или ее олигомеров. Эти соединения получают в присутствии соединений четвертичного аммония, аминокислот или источника аминокислот и смешивают с носителем. Эту смесь экструдируют и сушат перед использованием. Монокремниевая кислота и олигомеры вплоть до 40 единиц могут присутствовать максимально 1 при 25 моль Si. Конечным результатом являются пеллеты. ЯМР 29Si демонстрирует пики Q0 и Q1, характерные для моно- и дикремниевой кислоты.

В патенте EP-1110909 описывается способ получения орто- или монокремниевой кислоты, начинающийся с соединения, гидролизуемого кислотой в присутствии растворителя для предотвращения полимеризации в олигомеры, и коллоидный диоксид кремния. Растворители для стабилизации представляют собой гликоли, глицерин DMSO, полисорбат 80 и полигликоли. Монокремниевую кислоту получают in situ. Концентрация кремния составляет в пределах от 0,01 до 50% (мас./об.). Кремниевая кислота остается в ее мономерной форме. Все приведенные примеры осуществляют с использованием в качестве растворителя глицерина. Растворитель уже не может быть удален (высокая температура кипения).

В патенте США -2588389 описывается способ получения золей, в которых кремниевая кислота имеет низкую молекулярную массу и не более чем таковая у силиката, использованного при получении. Раствор добавляют в кислый водный раствор (pH 0,5-4 или pH 1-3), содержащий нерастворимые катионообменники. После добавления рН может не превышать 4. После фильтрации рН составляет около 2-3.

В патенте США -2392767 описывается получение кремниевой кислоты с низкой молекулярной массой, образующей комплексы с органическим агентом, образующим водородную связь. Агент экстрагируют с использованием растворителя. pH находится в пределах от 1,6 до 3.

Патент США-2408654 относится к золям кремниевой кислоты и способу получения кремниевой кислоты вместе с органическим донором (простой эфир) связи водорода. pH варьируют таким образом, что не образуется соответствующий силикат металла. Оригинальный золь кремниевой кислоты имеет pH 2.

Следовательно, продолжает существовать необходимость в получении и стабилизации на более длительный период времени частиц кремниевой кислоты в водных растворах, способных быстро растворяться в биодоступные формы кремния, моно- и дикремниевые кислоты при разбавлении в водных средах. Такие золи более важны, чем моно- или дикремниевая кислота в реакции детоксикации тяжелых металлов.

Диоксид кремния повсеместно встречается в природе. Молекулы предшественники (анион силиката, моно- и дикремниевая кислота) присутствуют в воде в низких концентрациях. Эти формы потребляются растениями и всеми другими организмами. Частицы диоксида кремния, полученные после полимеризации, при естественных условиях pH отрицательно заряжены и взаимодействуют со всеми типами клеток в окружающей среде. Очень медленное растворение этих частиц в конечном результате ведет к получению монокремниевой кислоты, потребляемой клетками растений или другими организмами.

Принято считать, что полимеризация монокремниевой кислоты происходит при показателях pH 7 путем образования силоксановых связей с получением в результате димеров, тримеров, тетрамеров и более крупных олигомеров. Эти в подавляющей массе циклические олигомеры очень быстро собираются в большие фибриллы и образуют трехмерную открытую сеть, что в результаты последующих объединений приводит к гелеобразованию. Олигомеры имеют параметры в ангстремах (Ångstrom) (Å) (не коллоидные), последующие мелкие золи или наночастицы которых собираются в нанометровые и микрометровые фибриллы или частицы перед гелеобразованием. Первичные частицы золя получают после полимеризации сотен олигомеров (коллоидный). Сразу после получения частиц золя трудно ингибировать последующее объединение и полимеризацию этих частиц в более крупные частицы и соединения фибрилл (микрометровые золи).

Анион силиката имеет различные структуры: линейную, двухмерную, циклическую и трехмерную. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) кремния обеспечивает основной метод определения смесей анионов силиката. В нем используют связь между атомами кремния и его соседями, считая количество других атомов кремния, с которыми атом соединен через атом кислорода (Q0, Q1, Q2, Q3 и Q4). Q0: мономерный (не связанный), как правило, для моносиликата и Q4, как правило, для всех атомов в полимерном коллоидном растворе диоксида кремния (ссылки 29, 30,31,32,33, 34, 35).

Коллоидный диоксид кремния не демонстрирует пики Q0 и Q1, а гетерогенные и множественные пики Q3 и Q4. Олигомерные структуры показывают различные гомогенные пики Q1, Q2 и Q3. Соотношения между Qs также различны у олигомерной и коллоидной кремниевой кислоты. Монокислота (H4SiO4) и дикремниевая кислота (H6Si2O7) показывают те же самые параметры пиков, как и ионы моно- и дисиликатов.

Монокремниевая кислота, как правило, нейтральна и относительно инертна к физическим условиям. Она легко может проходить через различные мембранные структуры. Силикатные комплексы и виды диоксида кремния (отрицательно заряженные) в большей степени реакционноспособны на различных слоях слизистой кишечника.

Практически не проводилось обширных исследований в отношении золе- и гелеобразования из монокремниевой кислоты и олигомеров при показателях pH 1, начиная с растворов неорганических или органических соединений кремния. Проведено много исследований, касающихся образования золя из диоксида кремния с целью получения различных типов геля. Эксперименты золь-гель из диоксида кремния с различными концентрациями воды, кремния и протонов, главных образом, получали для исследования воздействия на время гелеобразования, размер пор и характеристики геля. (ссылки 1-20). Было продемонстрировало, что при показателях pH ниже точки нулевого заряда (pH 2) и более конкретно при показателях pH менее 1, время гелеобразования снижается и образование золя-гелей происходит достаточно быстро (ссылка 21). Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что только в этой области низкого pH наночастицы кремниевой кислоты образуются и стабилизируются при конкретных условиях в форме коллоидной суспензии, стабильной в течение нескольких дней или недель. Дополнительно авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что только эта суспензия дополнительно может быть стабилизирована водными стабилизаторами на более длительный период времени, в частности несколько недель, месяцев или лет при комнатной температуре.

Наночастицы коллоидного раствора диоксида кремния для промышленного применения в норме стабилизируют после очистки при pH в пределах от 2 до 9. Получают, главным образом, стабилизированные, концентрированные (более 0,7 моль Si) и обессоленные золи. Случаи при pH 2 и, в частности, при pH 0,9 не задокументированы. Предполагается, что димерные формы кремниевой кислоты быстро образуют силоксановые связи, приводя в результате к гелеобразованию при pH 0,9, поскольку время полимеризации при pH 2 очень быстро снижается (скорость повышается). Также известно, что добавление солей или перекисей (H2O2 предшественники активного кислорода) индуцируют полимеризацию.

Первой целью настоящего изобретения является синтез de novo наночастиц кремниевой кислоты, стабильных и способных быстро растворяться в монокремниевую и дикремниевую кислоту (биодоступный кремний) при разбавлении в водных средах. Неожиданно авторы настоящего изобретения обнаружили, что получение таких стабилизированных суспензий при определенных конечных концентрациях ионов гидроксония, кремния, воды и соли возможно только при pH 0,9 и молярной концентрации кремния в пределах от 0,035 до 0,65.

Авторы настоящего изобретения внимательно изучили образование кремниевой кислоты в жестких кислых условиях в воде, начиная с неорганических или гидролизуемых водой органических соединений кремния. Таким образом, они обнаружили существование малых коллоидных частиц, проходящих через фильтр 0,1 микрон, не проходящих через фильтр с номинальным отсечением по молекулярной массе 20000 и стабильных, без добавления какого-либо стабилизирующего соединения (жидкое или твердое соединение). Эксперименты проводят при определенных условиях pH и концентрации кремния. Стабилизацию осуществляют ионами гидроксония при условиях pH 0,9 и молярных концентрациях кремния в пределах 0,035 до 0,65. Предпочтительно температура составляет в пределах от 1°C до 25°C. Коллоидный раствор образуется в течение первых часов и может быть дополнительно стабилизирован в течение 12 часов при низкой температуре. Он стабилен в течение нескольких дней, недель или месяцев в зависимости от концентрации кремния и температуры. Минимальная концентрация (мас./об.) свободной воды (не гидроксоний, или чистая свободная вода) составляет 30%. Такая минимальная концентрация 30% считается необходимой для избежания возможного феномена полимеризации за счет выпаривания и/или связывания воды добавлением соединений, как приведено ниже, в частности увлажнителей или продуктов, связывающих воду, например солей. Молярная концентрация кремния никогда не должна превышать 0,65, несмотря на выпаривание, по причинам стабильности.

Суспензия по настоящему изобретению легко может быть растворена в водной среде. Стандартный тест на растворение проводят при молярной концентрации 0,3 кремния 50-кратным разбавлением при pH выше 3 в воде. Быстрое растворение происходит через нескольких часов при pH 4 и температуре 30°C, через 30 минут при pH 4 и температуре 37°C и при pH 6,5 и температуре 30°C. Мгновенное растворение происходит при pH выше 8.

Очень малые вершины пиков Q0 монокремниевой и/или Q1 дикремниевой кислоты показаны при ЯМР 29Si полученного раствора при использовании наивысших концентраций Si, при этом пики Q2, Q3 и Q4 постепенно пропадают как функция по времени. Дополнительно присутствие монокремниевой и/или дикремниевой кислоты в полученном растворе может быть продемонстрировано при использовании метода с использованием молибденового синего красителя. Также эти наблюдения показывают, что растворение коллоидной суспензии по настоящему изобретению в водных средах приводит к освобождению монокремниевой и/или дикремниевой кислоты в полученном растворе.

В первом аспекте настоящее изобретение относится к стабильной суспензии коллоидного раствора наночастиц кремниевой кислоты при pH ниже, чем 0,9, молярной концентрации кремния в пределах от 0,035 до 0,65, концентрации свободной воды, по меньшей мере, 30% (мас./об.) и соотношении между молярными концентрациями ионов гидроксония и Si более чем 2 и предпочтительно менее 4.

Стабильность этой суспензии составляет, по меньшей мере, в пределах 3-6 недель при комнатной температуре при молярной концентрации кремния в пределах 0,2 и в течение 6-12 недель при температуре 6°C. Это соответствует периоду времени, в течение которого при визуальном наблюдении суспензии она остается чистой (прозрачной).

ЯМР 29Si суспезии демонстрирует типичный для коллоидного раствора диоксида кремния спектр:

- отсутствие пиков Q0 и Q1 для монокремниевой кислоты и дикремниевой кислоты;

- отдельный низкий пик Q2, преимущественно в пределах от 5 до 10% от общей площади поверхности пика;

- гетерогенный пик областей приблизительно Q3 и Q4.

Другие свойства суспензии по настоящему изобретению приведены ниже.

- Комплекс желтого цвета получают с использованием H2O2 (при концентрации H2O2 более 0,02%).

- Источник монокремниевой и/или дикремниевой кислоты при разбавлении (присутствие которой может быть продемонстрировано при использовании метода молибденового синего красителя).

- Высокая биодоступность при разбавлении для растений, животных и человека.

- Гелеобразование после добавления определенных увлажнителей, таких как глицерин, моно- и дисахариды, полисахариды, полисорбаты и тому подобное в концентрациях более 10% (мас./об.) и выдержке при комнатной температуре.

- Гелеобразование при выпаривании или сушке с потерей более чем 20% влаги.

- Применение в качестве нейтрализатора алюминия.

- Только высокие концентрации (молярные концентрации, превышающие 3) катионов моновалентных щелочных металлов дестабилизируют коллоидную суспензию в противоположность образованию золя при более высоких показателях pH.

В другом аспекте настоящее изобретение дополнительно относится к способу получения стабильной суспензии наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты с конечной молярной концентрацией кремния Y, составляющей в пределах от 0,035 до 0,65, способ включает стадии:

- обеспечение водного раствора неорганического или органического кремния с молярной концентрацией кремния 2Y;

- быстрое двухкратное разбавление указанного водного раствора неорганического или органического кремния добавлением его в водный раствор кислоты, кислота которого позволяет получить Y подкисленного раствора с pH менее чем 0,9 и соотношением между молярными концентрациями ионов гидроксония и Si, составляющим более чем 2;

- перемешивание во время или после добавления до получения стабильной суспензии коллоидного раствора наночастиц кремниевой кислоты.

Эту суспензию получают после титрования и расчета необходимой концентрации стабилизирующего гидроксония. Монокремниевая кислоты и ее олигомеры полимеризуются в наночастицы кремниевой кислоты до стабилизации ионами гидроксония и далее не растут. Они быстро растворяются при разбавлении.

Раствор неорганического кремния может представлять собой водный раствор неорганической щелочи.

В этом случае способ включает следующие стадии:

a) обеспечение водного раствора неорганической щелочи,

b) определение конечной молярной концентрации кремния Y,

c) разбавление щелочного раствора, максимально возможное в очищенной воде с получением в результате молярной концентрации кремния 2Y, и предпочтительно при температуре <30°C,

d) титрование кислоты, необходимой для нейтрализации разбавленного раствора до pH 7,0,

e) расчет количества кислоты, необходимой для дальнейшего достижения pH ниже чем 0,9 и достижения соотношения 2 между молярной концентрацией ионов гидроксония и кремния,

f) получение подходящего подкисленного водного раствора и,

g) быстрое смешивание разбавленного раствора с подходящим подкисленным раствором до получения указанной стабильной коллоидной суспензии наночастиц кремниевой кислоты.

Раствор органического кремния может быть получен, начиная с соединения органического кремния. В этом случае способ включает следующие стадии:

a) обеспечение соединения органического кремния,

b) определение конечной молярной концентрации кремния Y,

c) взятие объема соединения для разбавления в подкисленной воде с получением в результате молярной концентрации кремния 2Y,

d) медленное добавление объема соединения при перемешивании и/или приложении ультразвука в подкисленной воде и при pH 0,9 до полного гидролиза,

e) двухкратное разбавление полученного раствора при перемешивании и/или приложении ультразвука с подкисленной водой, содержащей дополнительную кислоту, для достижения соотношения между концентрациями ионов водорода и молярной концентрацией кремния, pH этого раствора остается менее чем 0,9, до получения указанной стабильной коллоидной суспензии наночастиц кремниевой кислоты.

Во время подкисления используют сильные минеральные кислоты, такие как HCl, H3PO4, H2SO4, HNO3. Наиболее предпочтительно используют HCl и HNO3.

Полностью растворившиеся силикаты или соли кремния используют в качестве неорганических соединений кремния.

Используемые растворы органического кремния представляют собой водные растворы гидролизуемых соединений органического кремния, наиболее предпочтительно алкоксисиланы или алкилэфиры монокремниевой кислоты (Si(OR)4), Si(OR)3OH, Si(OR)2(OH)2, SiOR(OH)3, где R представляет собой более слабое щелочное соединение C1-C4, предпочтительно C2H5. Гидролиз органических соединений ведет к образованию ROH. Титрование ROH позволяет следовать изменению процесса гидролиза.

В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения стабильная суспензия коллоидного раствора наночастиц кремниевой кислоты дополнительно стабилизирована на более длительный период времени, в частности более чем 4 недели добавлением в указанную суспензию первого стабилизатора, представляющего собой соединение органической серы, например, такое как MSM (метилсульфонилметан) или DMSO (диметилсульфоксида), в концентрациях, варьирующих в пределах от 0,01 до 25% (мас./об.).

Стабилизация коллоидной суспензии на более длительные периоды времени может быть достигнута добавлением второго стабилизатора, демонстрирующего следующие характеристики: хорошая водорастворимость, сильное притяжение гидроксония, и нейтрализацию ROS (активного кислорода), индуцируя полимеризацию.

Однако для суспензии по настоящему изобретению не используют в качестве второго стабилизатора обычные увлажнители, такие как моно- и полисахариды (глицерин, лактоза, мальтоза, декстроза, сахароза, сорбит, ксилит, глюкоза, декстран, целлюлоза, производные целлюлозы, глюканы, крахмал, пектины, альгинаты, белки или гидролизаты, полисорбат). Конечно, они напротив индуцируют агрегацию коллоидных частиц в гель.

Случай по настоящему изобретению полностью отличается в случае стабилизации мономерной кремниевой кислоты и олигомеров, описанных ранее. Коллоидная кремниевая кислота образует наночастицы, при этом монокремниевая кислота и олигомеры измеряют в Ангстромах (Ångstrom). Ингибирование образования коллоидного раствора кремния в последующих препаратах, следовательно, может быть успешным только, когда увлажнители уже присутствуют в высоких концентрациях во время получения и гидролиза предшественника, с получением в результате комплексообразования с мономерной кремниевой кислотой или олигомерами.

Стабилизацию коллоидного раствора кремниевой кислоты по настоящему изобретению проводят через привлечение ионов гидроксония, окружающих клубки или сферы кремниевой кислоты и ингибирующих конденсацию наночастиц в более крупные золи и гелеобразование. Эти вновь описанные коллоидные растворы не показывают пиков Q0 и Q1 при ЯМР 29Si, при этом присутствует Q2. Этот спектр напоминает биогенный диоксид кремния, но частицы растворимы в большей степени. Явные множественные пики видны в областях Q3 и Q4. Как правило, монокремниевая и дикремниевая кислота всегда показывает очень узкие пики Q0 и Q1, а их олигомеры показывают различающиеся узкие пики Q1, Q2 и Q3 и их комбинации и меньший пик Q4.

Растворение коллоидной суспензии по настоящему изобретению происходит быстро по сравнению с другими промышленными золями после разбавления и при pH, равном или более 3. ЯМР 29Si разбавленного раствора ясно показывает узкий пик Q0 и Q1, типичный для монокремниевой кислоты и дикремниевой кислоты при высоких концентрациях кремния, но метод с использованием молибденового синего красителя в большей степени подходит для определения этих двух кремниевых кислот.

Кроме того, стабильная суспензия коллоидного раствора наночастиц кремниевой кислоты дополнительно стабилизирована на более длительный период времени (более чем год) добавлением второго стабилизатора, который, как указанно выше, представляет собой вещество, сильно притягивающее гидроксоний, растворимое в воде и предпочтительно выбранное из химической группы гликольных (пропиленгликоли и тому подобное…), полиэфирных соединений (полиэтиленгликоли)), сульфатированных полисахаридов, полимеров карбоновой кислоты и гидроксильных кислот или их комбинаций.

С такими вторыми стабилизаторами стабильная суспензия приобретает устойчивость против сильных индукторов полимеризации, таких как перекиси (H2O2, перуксусная кислота и моноперсульфаты и тому подобное), и высоких концентраций минеральных веществ (солей кальция, магния, стронция, железа, кобальта, бора, меди, цинка и тому подобное).

Добавление молибдата в эту стабильную суспензию приводит к окрашиванию в типичный морской голубой для комплекса, образованного монокремниевой кислотой только после более чем 1 года при комнатной температуре.

Второй стабилизатор присутствует в концентрациях в пределах от 0,5% (мас./об.) до 60% (мас./об.), наиболее предпочтительно в пределах от 20 до 50% (мас./об.). Комбинация первых стабилизаторов и вторых стабилизаторов может быть ниже концентрации второго стабилизатора.

Добавление таких веществ, притягивающих гидроксоний, позволяет получить повышенную стабильность коллоидной суспензии в течение более чем 3 лет при температуре 4°C и более чем 2 лет при температуре 37°C.

Эта суспензия также стабильна после добавления перекиси водорода, который в норме индуцирует образование золя и геля. Вплоть до 2,5% перекиси водорода может быть скомбинировано с 0,18 моль Si с получением в результате суспензии стабильной в течение 1 года при температуре 25°C.

Суспензия по настоящему изобретению быстро растворяется при разбавлении водой или водным раствором в монокремниевую и дикремниевую кислоту при рН в пределах от 2,5 до 9,5 и образует водонерастворимые преципитаты или гель за счет снижения содержания влаги до конечного содержания свободной воды менее чем 20% (мас./об.). Эта суспензия полностью проходит через фильтр 0,1 микрон (более чем 98% Si проходит через фильтр) и не проходит через фильтр с номинальным отсечением по молекулярной массе 20000 (менее чем 20% Si проходит через фильтр).

Следовательно, настоящее изобретение относится к получению впервые биодоступного коллоидного раствора кремниевой кислоты, полученного при pH менее чем 0,9 и ограниченном по концентрации кремния. Эта коллоидная суспензия стабильна в течение некоторого времени и дополнительно стабилизирована добавлением первого стабилизатора, такого как MSM, или второго органического стабилизатора на более длительные периоды времени, вплоть до более чем одного года при комнатной температуре. Смесь обоих видов приводит к более длительной стабилизации.

pH суспензии по настоящему изобретению всегда должен быть менее чем 0,9, включая, когда она содержит соединения, такие как указанные выше стабилизаторы и/или другие источники и/или нутриенты, как указанно ниже. В присутствии стабилизаторов могут быть более легко добавлены нутриенты или другие соединения. Множество добавок может повышать показатель pH, но показатель pH для стабильности никогда не должен быть выше, чем 0,9 после такого добавления.

При разбавлении суспензии в водной среде постепенно образуются биодоступные соединения моно- и/или дикремниевой кислоты.

Примеры суспензий наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты:

1. 500 мл водного раствора силиката калия, содержащего 1,4% кремния (мас./об.) (0,5M Si) смешивают в равном объеме с 5% водным раствором хлористоводородной кислоты (около 1,65M ионов гидроксония) в течение одной минуты при активном перемешивании. Показатель pH полученной суспензии составляет 0,9. Эта суспензия стабильна в течение, по меньшей мере, 1 недели при температуре 20°C или 4 недель при температуре 4°C.

2. 500 мл водного раствора силиката калия, содержащего 1,4% кремния (мас./об.) (0,5M Si) смешивают в равном объеме с 8% водным раствором азотной кислоты (около 1,72M ионов гидроксония) в течение одной минуты при активном перемешивании. Показатель pH полученной суспензии составляет 0,9. Эта суспензия стабильна в течение, по меньшей мере, 1 недели при температуре 20°C или 4 недель при температуре 4°C.

3. В суспензию по Примеру 1 добавляют 12% MSM через один час после смешивания. Эту суспензию хранят при температуре 15°C в течение 3 месяцев без потери стабильности (отсутствует гелеобразование).

4. 250 мл водного раствора силиката калия, содержащего 2,8% кремния (мас./об.) (1M Si), смешивают в равном объеме с 10% водным раствором хлористоводородной кислоты (около 3,3M ионов гидроксония) при активном перемешивании. Через один час после получения суспензию разбавляют равным объемом полиэтилегликоля 400 в качестве стабилизирующего агента. Показатель pH полученной суспензии составляет 0,9. Эта суспензия стабильна в течение, по меньшей мере, 2 лет при температуре 25°C или 3 лет при температуре 4°C.

5. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 4 добавляют 0,5% кальция (мас./об.) в виде хлорида кальция, 0,5% магния (мас./об.) в виде хлорида магния, 0,5% цинка (мас./об.) в виде хлорида цинка и 0,2% селена (мас./об.) в виде селената. Эта суспензия демонстрирует такую же стабильность после добавления этих солей, как таковая, полученная и стабилизированная по Примеру 4.

6. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 4 добавляют 1% меди (мас./об.) в виде хлорида меди и хранят при температуре 25°C в течение одного года без потери стабильности.

7. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 4 добавляют 0,5% таурина (мас./об.). Эту суспензию хранят при температуре 25°C в течение 2 лет без потери стабильности.

8. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 4 добавляют 1% L-треонина (мас./об.) и хранят при температуре 4°C в течение 18 месяцев. Эта суспензия не демонстрирует потери стабильности.

9. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 4 добавляют 0,05% ликопена (мас./об.) и хранят при температуре 20°C в течение одного года без потери стабильности и без потери антимикробной активности.

10. 250 мл водного раствора силиката калия, содержащего 2,8% кремния (1M Si), очень быстро смешивают в равном объеме с 16% с водным раствором азотной кислоты (около 3,5M ионов гидроксония) при активном перемешивании. Показатель pH полученной суспензии составляет 0,9. Эта суспензия стабильна в течение, по меньшей мере, 2 лет при температуре 25°C.

11. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 10 добавляют 0,5% таурина (мас./об.) и 0,01% фолиевой кислоты (мас./об.) и хранят при температуре 4°C в течение одного года. Раствор не демонстрирует потерю стабильности.

12. 250 мл водного раствора силиката калия, содержащего 2,8% кремния (1M Si), очень быстро смешивают в равном объеме с 10% водным раствором хлористоводородной кислоты (около 3,3M ионов гидроксония) при активном перемешивании. Через один час после получения суспензию разбавляют равным объемом полиэтилегликоля в качестве стабилизирующего агента. Суспензия стабильна в течение, по меньшей мере, 2 лет при температуре 25°C.

13. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 12 добавляют 0,3% кальция (мас./об.) в виде хлорида кальция, 0,3% магния (мас./об.) в виде хлорида магния, 0,5% цинка (мас./об.) в виде хлорида цинка и 0,1% селена (мас./об.) в виде селената. Суспензию хранят при температуре 4°C в течение 2 лет без потери стабильности.

14. 250 мл водного раствора силиката калия, содержащего 2,8% кремния (1M Si), очень быстро смешивают в равном объеме с 16% с водным раствором азотной кислоты (около 3,5M ионов гидроксония) при активном перемешивании. Через один час после получения суспензию разбавляют равным объемом полиэтилегликоля в качестве стабилизирующего агента. Эта суспензия стабильна в течение, по меньшей мере, 2 лет при температуре 25°C.

15. В полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 14 добавляют 1% L-лизина (мас./об.) и 1% цитрата натрия (мас./об.) и хранят при температуре 25°C. Через один год раствор не демонстрирует потери стабильности.

16. Полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 1 стократно разбавляют водопроводной водой и добавляют равный объем водного раствора силиката, содержащего 0,005% Si, с получением в результате состава биодоступного кремния.

17. Полученную и стабилизированную суспензию по Примеру 4 разбавляют питьевой водой для первой группы свиней в течение периода их роста. Степень разбавления адаптируют каждую неделю к средней массе животных. Применяемая концентрация составляет 4 мг Si/50 кг массы тела /день. Вторая контрольная группа свиней получает питьевую воду без добавления указанной суспензии. После 6 месяцев выращивания свиней забивают и аналогичные образцы их мяса анализируют на общий состав жирных кислот. Анализ жирных кислот демонстрирует рост концентрации омега 3 жирных кислот в первой группе свиней, получавших кремний из наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты. В первой группе свиней, получавших кремний, соотношение омега 6/омега 3 жирных кислот снижено с 11,2 до 3,8.

Суспензию по настоящему изобретению, стабилизированную гидроксонием, используют в качестве источника биодоступного кремния для микроорганизмов, растений, животных и людей следующим образом:

- Со всеми типами воды (водопроводной, питьевой для людей и животных, минеральной, дистиллированной, технической, прошедшей обратный осмос, дождевой, обогащенной, речной, океанической, грунтовой, фильтрованной, охлажденной водой, водных растворов, суспензий, эмульсий и их комбинаций),

- В биологических препаратах,

- В удобрениях для растений,

- В кормовых добавках для животных,

- В пищевых продуктах и биологически активных добавках к пище, а именно диетических биологически активных добавках к пище для потребления человеком,

- В нутритивных продуктах,

- В нутритивных заменителях пищи,

- В нутритивных смесях для приготовления напитков,

- Во всех типах напитков,

- В нутрицевтиках,

- В витаминных и минеральных препаратах,

- В нутритивных таблетках в природных нутритивных добавках к пище,

- В нутритивных добавках для применения в пищевых продуктах,

- В пище и пищевых продуктах,

- В пищевых продуктах медицинского назначения, в пищевых продуктах для детского питания и гериатрических пищевых продуктах,

- В пищевых продуктах медицинского назначения для использования в энергетически ограниченной диете,

- В лекарственных средствах,

- В космоцевтиках и в добавках из них,

- В косметических продуктах, препаратах для местного применения и средствах личной гигиены,

- В фармацевтических соединениях и различных их композициях,

- В комбинации с другими соединениями, такими как антиоксиданты, ингибиторы ферментов, гормоны и тому подобное.

- В комбинации с другими источниками (соли, оксиды, комплексы и тому подобное…) Ca, K, Na, Mg, Mn, B, Li, Sr, Se, Mo, Fe, Co, Cu, Zn, Ti, Al, Ag, Cr, Si, P, S, N, F, Cl, Br, I.

- В комбинации с нутриентами, такими как сахара, жиры, белки, гидролизаты белков, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей и их комбинации.

Также суспензию, стабилизированную гидроксонием, используют для антикоррозийного применения как такового или в комбинации с молибдатами или другими антикоррозийными соединениями при разбавлении.

В другом аспекте настоящее изобретение дополнительно относится к составам из разбавленной суспензии, стабилизированной гидроксонием, используемой в качестве биологически активной добавки к пище, нутрицевтика, кормовой добавки, фармацевтического препарата, состава для местного применения, гигиенического состава, концентрированного удобрения и регулятора роста, концентрированных составов для защиты растений, концентрированных составов биодоступного кремния для индуцирования биологических процессов в растениях, у животных, у людей и в микроорганизмах. Эти составы применяют в питьевой воде для животных и людей или в качестве удобрения для растений с целью повышения концентрации омега 3 жирных кислот в этих организмах по сравнению с контрольными свободными составами.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к растворимому порошку, содержащему биодоступный кремний, и способу получения указанного порошка, начиная с указанной выше стабильной суспензии.

Способ характеризуется следующими стадиями:

a) добавление носителя с высокой степенью водорастворимости в стабильную суспензию наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты с pH менее чем 0,9, молярной концентрацией кремния в пределах от 0,035 до 0,65, концентрацией свободной воды, по меньшей мере, 30% (мас./об.) и соотношением молярных концентраций ионов гидроксония и Si более чем 2 для абсорбции носителем наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты и

b) выпаривание свободной воды до получения порошка.

Выпаривание проводят без использования какого-либо растворителя.

Следовательно, специальное получение начинается с суспензии кремниевой кислоты, стабилизированной гидроксонием, или с суспензии с первым стабилизитаром с получением в результате порошка, содержащего биодоступную кремниевую кислоту, после добавления носителя, притягивающего, осаждающего и защищающего колодный раствор кремниевой кислоты во время выпаривания, в частности под вакуумом.

Аминокислоты, белки и полиамины, как правило, не стабилизируют водную суспензию коллоидного раствора кремниевой кислоты при pH менее чем 1,5 в течение длительного периода времени. Следовательно, их не используют в качестве первого или второго стабилизатора. Неожиданно было обнаружено, что добавление полиаминного носителя, белкового носителя или носителя из гидролизата белка в суспензию кремниевой кислоты при pH менее чем 0,9 и в высокой концентрации (более или равной 2% мас./об.) с последующим быстрым выпариванием этой суспензии приводит в результате к получению сухого и водорастворимого порошка. Выпаривание может быть проведено при использовании различных технологий быстрого выпаривания (быстрое удаление свободной воды), но предпочтительно при использовании технологии сублимационной сушки после замораживания белкового носителя или носителя из гидролизата белка, содержащего суспензия.

Необходимо подчеркнуть, что выпаривание суспензии коллоидного раствора кремниевой кислоты, полученной без носителя в качестве контроля, всегда в результате приводит к получению нерастворимого преципитата кремниевой кислоты.

Однако добавление высококонцентрированного полиамина, белка или гидролизата белка также может вызвать проблемы с растворимостью при таком низком pH и также может во время выпаривания может вызвать прилипание к поверхности (стекла, пластика или металла). Неожиданно было обнаружено, что добавление первого стабилизатора, в частности метилсульфонилметана MSM, вместе с полиамином - предпочтительно с молекулярной массой менее чем 300000, белком или гидролизатом белка решает проблемы с растворимостью и позволяет получить более гомогенный и легко удаляемый порошок. Следовательно, предпочтительный способ получения концентрированного порошка кремниевой кислоты состоит из добавления носителя (полиамин, белок или гидролизат белка) вместе с первым стабилизатором, в частности метилсульфонилметаном MSM, в концентрации в пределах от 0,01% до 20% (мас./об.). Коллоидный раствор кремниевой кислоты осаждают на носитель во время выпаривания без образования нерастворимых полимеров.

Такой порошок, содержащий высокую концентрацию кремния (в пределах от 0,1% до 15%), может быть использован в качестве биологически активной добавки к пище или пищевому продукту или кормовых добавок. Порошок полностью растворим в очищенной воде. Например, 50 мг порошка, полученного, начиная от суспензии, стабилизированной гидроксонием с pH<0,9, с использованием процесса быстрого выпаривания, разбавляют в 10 мл очищенной воды с получением прозрачного раствора с pH в пределах от 1,5 до 3.

Белок или гидролизат белка получают из растительного (горох, бобы, зерновые, орехи, семена, соя, рожь, рис…) или животного источника (коллаген или гидролизат коллагена), такого как куры, свиньи, телята, коровы или рыба.

ЯМР 29Si спектр порошка аналогичен таковому суспензии коллоидного раствора кремниевой кислоты.

Суспензия, стабилизированная гидроксонием по настоящему изобретению, состав, полученный при разбавлении указанной суспензии, и порошок, полученный из указанной дегидратированной суспензии, в который могут быть добавлены:

i - микро- и макронутриенты, такие как:

A) растворимые соли и источники макро- и микроэлементов, различные источники (соли, оксиды, комплексы и тому подобное...) Ca, K, Na, Mg, Mn, B, Li, Sr, Se, Mo, Fe, Co, Cu, Zn, Ti, Al, Ag, Cr, Si, P, S, N, F, Cl, Br, I или их смеси.

B) нутриенты, такие как сахара, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей и их комбинации или их смеси;

ii - активаторы роста, удобрения, биологически активные соединения для выращивания и защиты растений.

iii - гидрофильные и гидрофобные антиоксиданты, такие как каротеноиды, флавоноиды, разрешенные пищевые добавки, антиокислительные ферменты, липоевая кислота,

iv - ингибиторы ферментов, гормоны, антибиотики или другие фармацевтические препараты,

v - натуральные и синтетические пищевые красители, пищевые подсластители и пищевые ароматизаторы или их смеси.

Примеры порошка, содержащего биоактивный кремний.

1. Порошок белого цвета содержит 5,4% Si (мас./мас.) в виде коллоидного раствора кремниевой кислоты и 71% гидролизата коллагена коровьей шкуры. Получение коллоидной суспензии начинается со щелочного силиката калия. В качестве технологии выпаривания используют сублимационную сушку.

2. Порошок белого цвета содержит 3,2% Si (мас./мас.) в виде коллоидного раствора кремниевой кислоты и 32% MSM. Получение коллоидной суспензии начинается со щелочного силиката калия. В качестве технологии выпаривания используют сублимационную сушку.

3. Порошок белого цвета содержит 5,4% Si (мас./мас.) в виде коллоидного раствора кремниевой кислоты и 18% MSM. Получение коллоидной суспензии начинается со щелочного силиката калия. В качестве технологии выпаривания используют сублимационную сушку.

4. Порошок белого цвета содержит 1,5% Si (мас./мас.) в виде коллоидного раствора кремниевой кислоты, 52% гидролизата куриного коллагена, 10% MSM и 1% хлорида цинка. Получение коллоидной суспензии начинается со щелочного силиката калия. В качестве технологии выпаривания используют сублимационную сушку.

5. Порошок белого цвета содержит 5,4% Si (мас./мас.) в виде коллоидного раствора кремниевой кислоты, 62% гидролизата рыбного коллагена, 12% MSM и 0,5% OPC (олигомеры проантоцианидов). Получение коллоидной суспензии начинается со щелочного силиката калия. В качестве технологии выпаривания используют сублимационную сушку.

50 мг порошка по вышеуказанным примерам полностью растворяют в 10 мл очищенной воды.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к препаратам или лекарственным формам, содержащим порошок, состав или суспензия по настоящему изобретению дополняют, как указано выше.

Препараты или лекарственные формы могут представлять собой пероральные лекарственные формы, такие как капсулы, порошки, растворы, суспензии, таблетки, таблетки для рассасывания, пленки, мягкие гелевые капсулы, драже или могут представлять собой ректальную лекарственную форму, такую как клизма, суппозиторий, или могут представлять собой лекарственную форму для местного применения, такую как крем, мазь, гель, паста, порошок, линимент, примочка, патчи, пластыри, или могут представлять собой фармацевтические формы, такие как ампулы, капсулы, кремы, эликсиры, эмульсии, гранулы, капли, спреи, порошки, суспензии, сиропы, таблетки, мази.

Предпочтительный препарат или лекарственная форма представляют собой:

- галеновые формы: капсулы, мягкие гелевые капсулы, прессованные таблетки для рассасывания, таблетки, суппозиторий, драже, покрытые желатином,

- галеновые формы или косметические формы для местного нанесения: крем, гель, примочки, мазь, лиминент,

- лекарственные формы: пластырь, мазь, патч, гель.

Например, пероральная лекарственная форма для биологически активной добавки к пище представляет собой капсулы, содержащие порошок по настоящему изобретению и дополнительные нутриенты, такие как сахара, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей (глюкозамин, хондротин, гиалуроновая кислота, карнитин, органические кислоты, ацетильные соединения,...) и их комбинации или их смеси.

Примеры получения биологически активных добавок к пище в виде капсул, содержащих порошок.

1. Капсула содержит 200 мг порошка по указанному выше Примеру 2, 200 мг сульфата хондротина и 400 мг сульфата глюкозамина.

2. Капсула содержит 200 мг порошка по указанному выше Примеру 2, 100 мг гиалуроновой кислоты, 3 мг бора в виде цитрата бора, 10 мг цинка в виде цитрата цинка, 100 мг альфа-липоевой кислоты.

3. Капсула содержит 150 мг порошка по указанному выше Примеру 2, 100 мг гиалуроновой кислоты, 200 мг MSM, 100 мг бромелаина, 3 мг бора в виде цитрата бора и 2 мг марганца в виде цитрата марганца.

4. Капсула содержит 250 мг порошка по указанному выше Примеру 2, 50 микрограмм витамина K2, 200 микрограмм фолиевой кислоты и 100 мг OPC.

5. Капсула содержит 150 мг порошка по указанному выше Примеру 2, 100 мг витамина C (в виде аскорбата кальция), 200 микрограмм биотина, 150 мг ресвератрола и 100 микрограмм селена в виде селената.

6. Капсула содержит 150 мг порошка по указанному выше Примеру 2 и 500 мг куриного коллагена II типа.

Суспензия, содержащая наночастицы коллоидного раствора кремниевой кислоты по настоящему изобретению, состав, полученный из указанной разбавленной суспензии, порошок, полученный из указанной дегидратированной суспензии, и препарат или лекарственная форма, полученная из указанной суспензии, состав или порошок, может быть использован во всех типах применений в области пищевой промышленности, медицины, фармацевтики, косметики.

Изобретение относится к стабилизированным гидроксонием наночастицам кремниевой кислоты, к составу, полученному из указанной разбавленной суспензии, к порошку, полученному из указанной дегидратированной суспензии, и к препарату или лекарственной форме, полученной из указанной суспензии, составу или порошку и их применению во всех типах применений в области пищевой промышленности, медицины, фармацевтики, косметики. Суспензия содержит наночастицы коллоидного раствора кремниевой кислоты с рН ниже, чем 0,9, молярной концентрацией кремния в пределах от 0,035 до 0,65, концентрацией свободной воды, по меньшей мере, 30% мас./об. и соотношением между молярными концентрациями ионов гидроксония и Si более чем 2, и предпочтительно менее 4. Способ получения стабильной суспензии наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты включает стадии обеспечения водного раствора неорганического или органического кремния и быстрого смешивания указанного водного раствора неорганического или органического кремния с водой, содержащей сильное кислое соединение при температуре менее 300°С, предпочтительно в пределах от 1 до 25°С, с получением суспензии наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты с рН менее чем 0,9, стабилизированной ионами гидроксония, соотношением молярных концентраций между ионами гидроксония и Si более чем 2 и предпочтительно менее 4, с молярной концентрацией кремния в пределах от 0,035 до 0,65 и концентрацией свободной воды, по меньшей мере, 30% мас./об. Техническим результатом изобретения является обеспечение синтеза наночастиц кремниевой кислоты, стабильных и способных быстро растворяться в монокремниевую и дикремниевую кислоту при разбавлении в водных средах. 11 н. и 24 з.п. ф-лы.

1. Стабильная суспензия коллоидного раствора наночастиц кремниевой кислоты с рH ниже, чем 0,9, молярной концентрацией кремния в пределах от 0,035 до 0,65, концентрацией свободной воды, по меньшей мере, 30% масса/объем и соотношением между молярными концентрациями ионов гидроксония и Si более чем 2.

2. Суспензия по п.1, где частицы суспензии проходят через фильтр 0,1 мкм, но не проходят через фильтр с номинальным отсечением по молекулярной массе 20000.

3. Суспензия по п.1, для которой ЯМР ²⁹Si демонстрирует спектр, типичный для коллоидного раствора диоксида кремния с отдельным низким пиком Q2.

4. Суспензия по п.1, дополнительно включающая в качестве стабилизатора соединение органической серы, такое как диметилсульфонилметан или диметилсульфоксида, в концентрациях, варьирующих в пределах от 0,01 до 25% масса/объем.

5. Суспензия по любому одному из пп.1-4, дополнительно включающая второй стабилизатор, демонстрирующий следующие характеристики: хорошая водорастворимость, сильное притяжение гидроксония, и нейтрализацию активного кислорода, индуцируя полимеризацию.

6. Суспензия по п.5, где второй стабилизатор присутствует в концентрациях в пределах от 0,5% масса/объем до 60% масса/объем, наиболее предпочтительно в пределах от 20 до 50% масса/объем, выбранный из химической группы гликольных, в частности пропиленгликолей, полиэфирных соединений, сульфатированных полисахаридов, полимеров карбоновой кислоты и гидроксильных кислот или их комбинаций.

7. Суспензия по любому одному из пп.1-4 или 6, в которую добавляют:
i - микро- и макронутриенты, такие как:
A) растворимые соли и источники макро- и микроэлементов, различные источники: соли, оксиды, комплексы Са, К, Na, Mg, Mn, В, Li, Sr, Se, Mo, Fe, Co, Cu, Zn, Ti, Al, Ag, Cr, Si, P, S, N, F, Cl, Br, I или их смеси;
B) нутриенты, такие как сахара, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей глюкозамин, хондротин, гиалуроновая кислота, карнитин, органические кислоты, ацетильные соединения и их комбинации или их смеси;
ii - активаторы роста, удобрения, биологически активные соединения для выращивания и защиты растений;
iii - гидрофильные и гидрофобные антиоксиданты, такие как каротеноиды бета-каротин, лютеин, ликопен, зеаксантин, флавоноиды кверцитин, гесперетин, лютеолин, рутин, разрешенные пищевые добавки, антиокислительные ферменты, фенолокислоты, липоевая кислота, Co-Q10;
iv - ингибиторы ферментов, гормоны, антибиотики или другие фармацевтические препараты;
v - натуральные и синтетические пищевые красители, пищевые подсластители, пищевые эмульгаторы и пищевые ароматизаторы или их смеси.

8. Суспензия по п.5, в которую добавляют:
i - микро- и макронутриенты, такие как:
A) растворимые соли и источники макро- и микроэлементов, различные источники: соли, оксиды, комплексы Са, К, Na, Mg, Mn, В, Li, Sr, Se, Mo, Fc, Co, Cu, Zn, Ti, Л1, Ag, Cr, Si, P, S, N, F, Cl, Br, I или их смеси;
B) нутриенты, такие как сахара, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей: глюкозамин, хондротин, гиалуроновая кислота, карнитин, органические кислоты, ацетильные соединения и их комбинации или их смеси;
ii - активаторы роста, удобрения, биологически активные соединения для выращивания и защиты растений;
iii - гидрофильные и гидрофобные антиоксиданты, такие как каротеноиды бета-каротин, лютеин, ликопен, зеаксантин, флавоноиды кверцитин, гесперетин, лютеолин, рутин, разрешенные пищевые добавки, антиокислительные ферменты, фенолокислоты, липоевая кислота, Co-Q10;
iv - ингибиторы ферментов, гормоны, антибиотики или другие фармацевтические препараты;
v - натуральные и синтетические пищевые красители, пищевые подсластители, пищевые эмульгаторы и пищевые ароматизаторы или их смеси.

9. Состав, включающий монокремниевую и/или дикремниевую кислоту, содержащуюся в суспензии по любому из пп.1-6, разбавленной в водной среде.

10. Состав по п.9, в который добавляют:
i - микро- и макронутриенты, такие как:
А) растворимые соли и источники макро- и микроэлементов, различные источники: соли, оксиды, комплексы Са, К, Na, Mg, Mn, В, Li, Sr, Se, Mo, Fe, Co, Cu, Zn, Ti, Al, Ag, Cr, Si, P, S, N, F, Cl, Br, I или их смеси;
В) нутриенты, такие как сахара, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей: глюкозамин, хондротин, гиалуроновая кислота, карнитин, органические кислоты, ацетильные соединения и их комбинации или их смеси;
ii - активаторы роста, удобрения, биологически активные соединения для выращивания и защиты растений;
iii - гидрофильные и гидрофобные антиоксиданты, такие как каротеноиды бета-каротин, лютеин, ликопен, зеаксантин, флавоноиды кверцитин, гесперетин, лютеолин, рутин, разрешенные пищевые добавки, антиокислительные ферменты, фенолокислоты, липоевая кислота, Co-Q10;
iv - ингибиторы ферментов, гормоны, антибиотики или другие фармацевтические препараты;
v - натуральные и синтетические пищевые красители, пищевые подсластители, пищевые эмульгаторы и пищевые ароматизаторы или их смеси.

11. Способ получения стабильной суспензии наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты по п.1 с конечной молярной концентрацией кремния Y, составляющей в пределах от 0,035 до 0,65, включающий стадии:
- обеспечение водного раствора неорганического или органического кремния с молярной концентрацией кремния 2Y;
- быстрое двухкратное разбавление указанного водного раствора неорганического или органического кремния добавлением его в водный раствор кислоты, кислота которого позволяет получить Y подкисленного раствора с рН менее чем 0,9 и соотношением между молярными концентрациями ионов гидроксония и Si, составляющим, по меньшей мере, 2;
- перемешивание во время или после добавления до получения стабильной суспензии коллоидного раствора наночастиц кремниевой кислоты.

12. Способ по п.11, включающий следующие стадии:
a) обеспечение водного раствора сильной неорганической щелочи,
b) определение конечной молярной концентрации кремния Y,
c) максимально возможное разбавление щелочного раствора в очищенной воде с получением в результате молярной концентрации кремния 2Y и предпочтительно при температуре <30°С,
d) титрование кислоты, необходимой для нейтрализации разбавленного раствора до рН 7,0,
e) расчет количества кислоты, необходимой для дальнейшего достижения рН ниже, чем 0,9, и достижения соотношения 2 между молярной концентрацией ионов гидроксония и кремния,
f) получение подходящего подкисленного водного раствора и
g) быстрое смешивание разбавленного раствора с подходящим подкисленным раствором до получения указанной стабильной коллоидной суспензии наночастиц кремниевой кислоты.

13. Способ по п.11, включающий следующие стадии:
a) обеспечение соединения органического кремния,
b) определение конечной молярной концентрации кремния Y,
c) взятие объема соединения для разбавления в подкисленной воде с получением в результате молярной концентрации кремния 2Y,
d) медленное добавление объема соединения при перемешивании и/или приложении ультразвука в подкисленной воде и при рН 0,9 до полного гидролиза,
e) двухкратное разбавление полученного раствора при перемешивании и/или приложении ультразвука с подкисленной водой, содержащей дополнительную кислоту, для достижения соотношения между концентрациями ионов водорода и молярной концентрацией кремния, рН этого раствора остается менее, чем 0,9, до получения указанной стабильной коллоидной суспензии наночастиц кремниевой кислоты.

14. Способ по любому одному из пп.11-13, в котором используют сильные неорганические кислоты, выбранные из: HCl, H₃PO₄, H₂SO₄ и HNO₃.

15. Способ по любому из пп.12 или 13, в котором в качестве неорганического соединения кремния используют полностью растворенные силикаты или соли кремния.

16. Способ по п.15, в котором используемые растворы органического кремния представляют собой водные растворы гидролизуемых соединений органического кремния, наиболее предпочтительно алкоксисиланы или алкилэфиры монокремниевой кислоты (Si(OR)₄, Si(OR)₃ОН, Si(OR)₂(OH)₂, SiOR(ОН)₃, где R представляет собой более слабое щелочное соединение.

17. Способ по любому одному из пп.11-13, включающий стадию добавления в указанную суспензию первого стабилизатора, представляющего собой соединение органической серы, такое как метилсульфонилметан или диметилсульфоксида, в концентрациях, варьирующих в пределах от 0,01 до 25% масса/объем, в частности, с получением суспензии наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты, стабилизированной на период времени, по меньшей мере, 4 недели.

18. Способ по любому одному из пп.11-13, включающий стадию добавления второго стабилизатора, который, как указано выше, представляет собой вещество, сильно притягивающее гидроксоний, растворимое в воде и предпочтительно выбранное из химической группы гликольных: пропиленгликоли, полиэфирных соединений, сульфатированных полисахаридов, полимеров карбоновой кислоты и гидроксильных кислот или их комбинаций, в частности, с получением суспензии наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты, стабилизированной на период времени более чем год.

19. Способ получения состава по п.9, включающий стадию растворения в воде или водном растворе суспензии по любому из пп.1-7.

20. Применение стабильной суспензии по любому из пп.1-8 в качестве источника моно- и дикремниевой кислоты для микроорганизмов, растений или животных.

21. Суспензия по любому из пп.1-8 для применения в медицинском лечении в качестве источника моно- и дикремниевой кислоты.

22. Применение стабильной суспензии по любому из пп.1-8 для антикоррозийного применения как такового или в комбинации с молибдатами или другими антикоррозийными соединениями при разбавлении.

23. Применение состава по п.9 в качестве биологически активной добавки к пище, нутрицевтика, пищевой добавки, фармацевтического препарата, состава для местного применения, гигиенического состава, концентрированного удобрения и регулятора роста, концентрированных составов для защиты растений, концентрированных составов биодоступного кремния для индуцирования биологических процессов в растениях, у животных, у людей и в микроорганизмах.

24. Состав по п.9 или 10 для применения в медицинском лечении в качестве концентрированного состава биодоступного кремния.

25. Применение состава по п.9 или 10 для добавления в воду для животных или в удобрение для растений, с целью повышения концентрации омега 3 жирных кислот в этих организмах.

26. Состав по п.9 или 10 для применения в питьевой воде для людей для повышения концентрации омега 3 жирных кислот в организме человека.

27. Способ получения растворимого порошка, содержащего биодоступный кремний, начиная со стабильной суспензии по п.1, отличающийся следующими стадиями:
a) добавление носителя с высокой степенью водорастворимости в стабильную суспензию наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты с рН менее чем 0,9, молярной концентрацией кремния в пределах от 0,035 до 0,65, концентрацией свободной воды, по меньшей мере, 30% масса/объем и соотношением молярных концентраций ионов гидроксония и Si более чем 2 для абсорбции носителем наночастиц коллоидного раствора кремниевой кислоты и
b) выпаривание свободной воды до получения порошка.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что стадия добавления носителя включает добавление органического соединения серы, в частности метилсульфонилметана, для повышения растворимости носителя, предпочтительно вплоть до концентрации 20% масса/объем.

29. Способ по п.27 или 28, отличающийся тем, что носитель представляет собой белок, полипептид, гидролизат белка, полиамин, предпочтительно с молекулярной массой менее чем 300000 или их смеси.

30. Способ по любому из пп.27 и 28, отличающийся тем, что носитель медленно добавляют в суспензию кремниевой кислоты при перемешивании до полного растворения носителя при конечной концентрации более чем 2% масса/объем, предпочтительно более чем 8% масса/объем, причем конечный рН корректируют до менее чем 0,9, при этом полученную суспензию стабилизируют в течение нескольких часов и свободную воду суспензии выпаривают с использованием технологии быстрой дегидратации, такой как выпаривание под вакуумом или сублимационная сушка, до получения растворимого порошка.

31. Порошок, содержащий наночастицы коллоидного раствора кремниевой кислоты, полученный способом по любому из пп.27-30, с концентрацией кремния в пределах от 0,05% до 15% масса/масса.

32. Порошок по п.31, содержащий в пределах от 1,5% до 8% масса/масса Si в виде коллоидного раствора кремниевой кислоты, в пределах от 50% до 75% масса/масса гидролизата коллагена и в пределах от 10% до 35% масса/масса метилсульфонилметана.

33. Порошок по п.31 или 32, дополнительно содержащий:
i - микро- и макронутриенты, такие как:
A) растворимые соли и источники макро- и микроэлементов, различные источники: соли, оксиды, комплексы Са, К, Na, Mg, Mn, В, Li, Sr, Se, Mo, Fe, Co, Cu, Zn, Ti, Al, Ag, Cr, Si, P, S, N, F, Cl, Br, I или их смеси;
B) нутриенты, такие как сахара, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, аминокислоты, растительные экстракты, биологические макромолекулы, первичные и вторичные метаболиты растений, соединения биологических путей: глюкозамин, хондротин, гиалуроновая кислота, карнитин, органические кислоты, ацетильные соединения и их комбинации или их смеси;
ii - активаторы роста, удобрения, биологически активные соединения для выращивания и защиты растений;
iii - гидрофильные и гидрофобные антиоксиданты, такие как каротеноиды: бета-каротин, лютеин, ликопен, зеаксантин, флавоноиды:
кверцитин, гесперетин, лютеолин, рутин, разрешенные пищевые добавки, антиокислительные ферменты, фенолокислота, липоевая кислота, Co-Q10,
iv - ингибиторы ферментов, гормоны, антибиотики или другие фармацевтические препараты,
v - натуральные и синтетические пищевые красители, пищевые подсластители, пищевые эмульгаторы и пищевые ароматизаторы или их смеси.

34. Лекарственная форма, содержащая суспензию по любому из пп.1 и 7, или состав по любому из пп.9 или 10, или порошок по любому из пп.31-33.

35. Лекарственная форма по п.34 в виде капсул, мягких гелевых капсул, прессованных таблеток для рассасывания, таблеток, суппозитория, драже, покрытого желатином, крема, геля, примочек, мази, лиминента, пластыря, патча.