НАНОРАЗМЕРНЫЙ СОРБЕНТ ДЛЯ СОРБЦИИ ШТАММОВ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ Micrococcus albus И Pseudomonas putida Российский патент 2015 года по МПК C12N11/14 B01J20/06 B82Y5/00 C12R1/265 C12R1/40 

Изобретение относится к биологии и медицине и может быть использовано, в частности, для сорбции микроорганизмов при изготовлении стерильных растворов, очистки воды или нефтезагрязненных почв, а также при лечении различных ран. При этом к стерильным растворам относятся растворы для инъекций и инфузии, глазные капли, офтальмологические растворы для орошения, отдельные растворы для наружного применения, растворы внутреннего и наружного применения для новорожденных детей. Вода при производстве стерильных растворов должна содержать не более 100 микроорганизмов в 1 мл (Методические указания по изготовлению стерильных растворов в аптеках. Утверждены Минздравмедпромом РФ 24 августа 1994 г., внесены 30 июня 2007 г.), что сильно повышает требования к средствам очистки воды от микробного загрязнения.

Известно, что сорбция микроорганизмов зависит от свойств микроорганизмов, которые подвергаются сорбции, физико-химических свойств сорбента, в частности заряда поверхности сорбента, его дисперсности, площади удельной поверхности, физико-химических свойств среды, в которой происходит сорбция, и условий, которые определяют возможность контакта между сорбентом и микроорганизмами. При поглощении микроорганизмов для сорбента устанавливаются определенная емкость поглощения, выше которой данный вид микроорганизмов больше не сорбируется. Следует отметить, что сравнение сорбирующей способности различных веществ по отношению к микроорганизмам обычно проводят в статических условиях, поскольку в динамических условиях емкость поглощения достигается очень быстро (Звягинцев Д.Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. Изд-во Московского университета. 1973. - 175 с.).

Известен способ энтеросорбции (патент РФ №2016574, 1994), в котором вместо активных углей в качестве сорбентов условно- и патогенных микроорганизмов (клетки эшерхии, сальмонеллы или шигеллы Флекснера, Ньюкастл или Зонне) предлагается использовать дисперсные природные минералы: монтмориллонит или клиноптилолит.

Основным недостатком технического решения является отсутствие данных о величине адгезии минералов по отношению к названным микроорганизмам.

Известен пористый сорбент на основе оксида алюминия (патент РФ №2026733, 1995), в котором для сорбции бактериальных клеток (клетки стафилококка) предлагается пористый (2.9-3.15 г/см³) оксид алюминия, модифицированный углеродом, концентрация которого составляет 7-15 мас.%. Извлечение клеток стафилококка в зависимости от концентрации углерода и плотности сорбента составляет от 40 до 75%, при этом оксид алюминия без углерода сорбирует только 10% клеток.

Известен сорбент на основе оксида алюминия (патент РФ №2026734, 1995), в котором для сорбции бактериальных клеток (клеток стафилококка и кишечной палочки) предлагается пористый оксид алюминия, содержащий 3-12 мас.% углерода и состоящий не менее чем на 50% из К-подобной фазы. Адсорбция клеток стафилококка и кишечной палочки составляет в зависимости от содержания фазы, удельной поверхности и пористости 63-72 и 68-73%, соответственно.

Основным недостатком сорбентов на основе оксида алюминия, модифицированных углеродом, является недостаточно высокая сорбционная способность по отношению к бактериальным микроорганизмам.

Известен способ энтеросорбции (патент РФ №2122868, 1998), в котором для сорбции патогенных микроорганизмов используют природный минерал шивыртуин в виде 10% взвеси порошка с размером частиц менее 0.3 мм на растворе Рингера-Локка. Шивыртуин по сообщению авторов патента имеет сорбционную емкость, на 1-2 порядка превышающую таковую для других сорбентов.

Основным недостатком технического решения является полное отсутствие данных о сорбционных характеристиках шивыртуина.

Известен способ получения углерод-минерального сорбента СУМС-1 (патент РФ №2143946, 2000), в котором сообщается об использовании известного сорбента СУМС-1 с содержанием углерода 9% для медицины, в частности для иммобилизации бактериальных клеток.

Основным недостатком технического решения является полное отсутствие данных о сорбционных характеристиках СУМС-1 по отношению к микроорганизмам, хотя технология синтеза существенно изменена.

Известно средство «Арголит» для лечения инфицированных ран (патент РФ №2245151, 2005), содержащее в качестве сорбента порошок цеолита Холинского месторождения, модифицированного коллоидным серебром (размер частиц 17-20 Ǻ). В техническом решении указаны род бактериальной флоры (Staphylococcus aureys, haemolyt., anhaemolyt., saprophytic, faecalis); Preudomonas; Proteus (vulgaris, mirabilis); Klebsiella (pheumonia); Esherichia (coli); Enterococcus (faecium, haemolyt., anhaemolyt), степень обсемененности и частота выявления клеток.

Недостатком технического решения является отсутствие данных о сорбционных характеристиках средства «Арголит» по отношению к названным бактериальным клеткам.

Известен энтеросорбент (патент РФ 2319488, 2008) на основе кремнеземсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок осадочной опал-кристобалитной породы со степенью помола 0.1-1.0 мм, содержащий не более 15 мас.% глинистых минералов группы монтмориллонита и не более 10 мас.% минералов группы слюд (ГМК). Микроорганизмы представлены бактериями рода Escherichia coli и рода Bacillus subtilis, их сорбционные свойства сравнивали со свойствами препарата «Смекта» (Франция).

Основным недостатком предлагаемого сорбента, а также сорбента «Смекта» является невысокая сорбционная способность этих препаратов. Так, для рода E-coli добавление ГКМ снижает за 1 час концентрацию бактериальных клеток с 1.2·10⁸ до 3.6·10⁸ кл./мл, а препарата «Смекта» с 1.2·10⁸ до 2.2·10⁶ кл./мл. Для рода Bacillus subtilis добавление ГКМ уменьшило концентрацию бактерий в 10.4 раза, а «Смекты» - в 39 раз.

Известен энтеросорбент с антиоксидантными свойствами (патент РФ №2423985, 2011) на основе кремнийсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок шунгитсодержащей породы с медианным размером частиц 15.0·10^-6 м и концентрацией диоксида кремния, равной 50-70 мас.%. В качестве препарата сравнения (прототипа) использован порошок энтеросорбента «Полисорб» (производства «Полисорб» (Россия) с размером частиц 0.09 мм и удельной поверхностью не менее 150 м²/г (Справочник «Ветеринарные препараты в России. Т.1 / под ред. Кленова И.Ф. и др. // ООО «Сельхозиздат. Москва - 2004. - С.526-527).

Основным недостатком технического решения является полное отсутствие данных о сорбции микроорганизмов, несмотря на указание, что оба препарата «Полисорб» и предложенный энтеросорбент выводят таковые.

Известен энтеросорбент микроорганизмов (патент №2423984, 2011) на основе кремнийсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок шунгитсодержащей породы с медианным размером частиц 15.0·10^-6 м и концентрацией диоксида кремния, равной 20-50 мас.%. В качестве препарата сравнения (прототипа) использован порошок энтеросорбента «Полисорб», характеристики которого указаны выше. Микроорганизмы представлены культурами Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Clostridium perfringes, адсорбция которых на предложенном адсорбенте составляет 70%; 79-80%; 91-91.8%; 76.2%, соответственно, а на сорбенте «Полисорб» - 66%; 76%; 91% и 73.3%, соответственно.

Основным недостатком предлагаемого энтеросорбента, а также сорбента «Полисорб» является невысокая сорбционная способность.

Известен полифункциональный энтеросорбент (патент РФ №2430731, 2011) на основе природного кремнийсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок шунгитсодержащего сырья с медианным размером частиц 15.0·10^-6 м и концентрацией диоксида кремния, равной 15.0-70.0 мас.%, при этом содержание углерода составляет от 3.998 до 55.1 мас.%. Микроорганизмы представлены культурами Escherichia coli., Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringes, адсорбция которых составляет 63.2-91.8%.

Основным недостатком предложенного полифункционального сорбента является недостаточно высокая сорбционная способность.

Известен сорбционно-бактерицидный материал, способ его получения, способ фильтрования жидких или газообразных сред, медицинский сорбент (патент РФ №2426557, 2011), в качестве которого в основном служат частицы гидрата оксида алюминия с бактерицидным компонентом - коллоидным серебром, сорбированным на них. Микроорганизмы представлены культурой E. coli и вирусом MS2.

Основными недостатками технического решения является использование коллоидного серебра, способного убивать культуры, и проведение всех экспериментов в динамических условиях (фильтрация). В результате данные о характеристиках сорбции микроорганизмов в статических условиях отсутствуют полностью.

Известны углеродные адсорбенты из углеродных тканей или нетканых материалов, полученных из вискозных волокон (Н.Н. Зинин-Бермес, Н.Ю. Шишлянникова, В.П. Ковтун. Механизм взаимодействия бактерий с волокнистыми углеродными материалами по данным фазово-контрастной микроскопии // Научно-практический журнал «Медицина в Кузбассе, 2004, №3, с.25-26).

Установлено, что сорбция бактерий S. Aureus, E-coli, K-pneumoniae, B-cereus на углеродном волокнистом сорбенте в статических условиях из бактериальной взвеси (100 млн микробных тел в 1 мл физиологического раствора (0.9% NaCl)) протекает в два этапа. На первом этапе происходит прочное прикрепление небольшого количества клеток из бактериальной среды к некоторым углеродным нитям. Через 20-30 мин начинается второй этап, который состоит в формировании устойчивых рыхлых скоплений бактериальных клеток, расположенных в виде муфт вокруг локальных мест углеродного волокна. Эти скопления примерно за 1 час вбирают в себя все микроорганизмы и обеспечивают высокую эффективность углеродного сорбента по отношению к живым бактериям. Клетки, убитые автоклавированием, не сорбировались, а угнетенные холодом (трое суток в холодильнике при +4°C) сорбировались медленно и в небольших количествах. Результаты объяснены предположением, что бактерии способны вырабатывать особые лигандные вещества.

Основным недостатком работы является отсутствие количественных данных, что не позволяет сравнивать характеристики сорбции микроорганизмов на углеродных волокнах с результатами других исследований.

Известен коммерческий препарат - порошок силикагеля марки L-40/100, который является классическим сорбентом для микроорганизмов (Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, В.И. Итин, А.А. Магаева / Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: Материалы III Междунар. науч. конф. (Белгород, 22-24 сентября 2008 г.). - Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. - С.202-205). Удельная поверхность порошков силикагеля составляет по БЭТ 600 м²/г, средний диаметр пор 8 нм, удельный объем пор 0.60-0.75 см³/г, размер частиц 40-100 мкм.

Установлено, что в статических условиях при pH=7 сорбционная способность силикагеля по отношению к микроорганизмам рода Micrococcus невелика по сравнению с сорбентами SnO₂ и CoFe₂O₄, несмотря на его высокую удельную поверхность.

Основным недостатком силикагеля марки L-40/100 является невысокая сорбционная емкость в статических условиях.

Известны сорбенты - ультрадисперсные порошки Al₂O₃, полученные при взаимодействии электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия с водой и образовании в результате оксидно-гидроксидных фаз, которые затем подвергаются прокаливанию. Например, ультрадисперсный порошок алюминия с удельной поверхностью 520 м²/г обрабатывают горячей (60°C) водой, а полученную гидроокись прокаливают при температуре 300-550°C в течение 1-3 ч, получая в результате сорбенты с удельной поверхностью 415-725 м²/г (патент РФ №2075345, 1997).

Эти порошки использовали в качестве сорбентов микроорганизмов из водных сред (Герасимова В.Н., Ушакова Е.В. Антимикробные материалы на основе УДП Al₂O₃ // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение (Третьи Ставеровские чтения): Материалы Всероссийской научно-технической конференции, 23-24 октября 2003 года, Красноярск ИПЦ КТГУ, 2003, с.122-124).

На примере микробных культур, принадлежащих родам Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas, установлено, что в статических условиях степень извлечения микробных клеток из водных сред независимо от концентрации и pH исходной микробной взвеси составляет 95-99%. В основе адсорбционного механизма лежат силы электростатического притяжения и отрицательно заряженные клетки притягиваются к положительно заряженным центрам поверхности адсорбента. Кроме того, клетка способна выделять внеклеточные белки, с помощью которых она «приклеивается» к твердой поверхности.

Недостатком сорбентов на основе Al₂O₃ является недостаточная сорбционная емкость и невысокая степень извлечения микробных клеток из водной среды.

Известны (Сваровская Л.И., Овсянникова B.C. Сорбция микроорганизмов из водных растворов на поверхности ультрадисперсных порошков оксида алюминия // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение (Третьи Ставеровские чтения): Материалы Всероссийской научно-технической конференции, 23-24 октября 2003 года, Красноярск ИПЦ КТГУ, 2003, С.41-43) сорбенты микроорганизмов из водных растворов на поверхности - ультрадисперсные порошки оксигидрооксида алюминия (УДП ОГА). В качестве микроорганизмов выступали углеводород окисляющие представители родов Pseudomonas (подвижные, палочкообразные формы). Bacillus (подвижные, палочкообразные, спорообразующие формы) и Micrococcus (округлые неподвижные формы).

Установлено, что в статических условиях увеличение площади удельной поверхности УДП ОГА со 196 м²/г до 300 м²/г приводит к росту поглощающей способности сорбентов в 3-5 раз. Максимальная сорбция, выраженная в процентах, составляет при максимальном исходном числе клеток для микроорганизмов рода Pseudomonas - 76%, рода Bacillus - 86% и рода Micrococcus - 79%.

Основным недостатком сорбентов УДП ОГА является невысокая степень сорбции в статических условиях.

Известны наноразмерные порошки стехиометрических SnO₂ и CoFe₂O₄ для сорбции микроорганизмов (Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, В.И. Итин, А.А. Магаева. Применение наноразмерных частиц SnO₂ и CoFe₂O₄ для сорбции микроорганизмов в статических и динамических условиях // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: Материалы III Междунар. науч. конф. (Белгород, 22-24 сентября 2008 г.). - Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. - 296 с. Порошки получены методом механохимического синтеза из солевых систем и состоят из сферических частиц размером примерно 3-15 нм, при этом удельная поверхность наноразмерных порошков оксида олова и кобальтовой феррошпинели составляет 120 и 160 м²/г, соответственно.

Использовали бикультуру, состоящую из представителей родов Bacillus и Micrococcus, выделенных из нефтезагрязненной почвы на территории Вахского месторождения. Для сравнения параллельную сорбцию проводили на колонке, заполненной силикагелем марки L-40/100 - классическим сорбентом с внутренними микропорами. Сорбцию подвижной спорообразующей культуры Bacillus и округлых неподвижных клеток рода Micrococcus в статических условиях проводили с разной концентрацией клеток в исходной микробной взвеси при pH среды 3.5, 7.0 и 9.5. Действие сорбента на микроорганизмы зависит от конкретных условий проведения опыта, в том числе от pH и количества микроорганизмов в исходной взвеси. Сорбция Micrococcus в зависимости от pH составила 54.60-63,92 млн кл./г или 85.30-99.88%, исходная взвесь содержала 64 млн клеток. Для малоподвижной культуры рода Bacillus удельная сорбция в зависимости от pH при исходном числе 96 млн клеток в объеме взвеси составила 87.36-95.866%. С повышением исходной численности до 124 млн клеток сорбция составила 113.832-119.598 млн кл./г. Максимальный процент сорбции (99.88% для Micrococcus и 94.00-96.45%) для Bacillus получен при pH 7.0. С увеличением числа микробных клеток в исходной взвеси поглощающая способность наносорбента повышается. Подобная закономерность поглощающей способности наносорбента SnO₂ по отношению к подвижным клеткам рода Bacillus и неподвижным клеткам рода Micrococcus наблюдается в области щелочных и кислых значений pH. Активность микрококков более подвержена угнетению в условиях кислой среды.

Установлено, что сорбционная способность наноразмерных частиц SnO₂ и CoFe₂O₄ по отношению к микрококкам в статических условиях при pH=7 почти одинакова. При этом сорбция микроорганизмов на силикагеле с высокой удельной поверхностью значительно меньше по сравнению с наносорбентами.

В дальнейшем (Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, В.И. Итин, А.А. Магаева, Е.П. Найден. Наноразмерные композиты SnO₂ и CoFe₂O₄: получение, свойства и их сорбционная активность // Российские нанотехнологии, 2010, т.5, №11, с.88-91; Л.К. Алтунина, Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, А.А. Магаева, В.И. Итин. Сорбционная активность наноразмерных порошков SnO₂ и CoFe₂O₄ // Химия в интересах устойчивого развития, 2011, т.19, с.237-242) определена сорбционная активность стехиометрических наноразмерных порошков SnO₂ и CoFe₂O₄, полученных методом механохимического синтеза, по отношению к взятым по отдельности микроорганизмам родов Micrococcus albus (EL37) и Pseudomonas putida (FL56) из отдела коллекции микроорганизмов ГНЦ «Вектор» (пос. Кольцово, Новосибирская обл.), в том числе из культуральной среды, загрязненной нефтью.

Установлено, что действие сорбента на микроорганизмы зависит от величины pH среды, при этом максимальная сорбция наблюдается при pH=7.2. В статических условиях для сорбента SnO₂ величина адгезии клеток Micrococcus при исходном их числе 64 млн составляет 99.6%, а CoFe₂O₄ - 99.84%. Для клеток Pseudomonas при исходном их числе, равном 124 млн, величина адгезии для сорбента SnO₂ равна 99.75%, а CoFe₂O₄ - 99.99%.

Сравнение полученных результатов показывает, что сорбционная способность наноразмерных частиц стехиометрического CoFe₂O₄ по отношению к выбранным микроорганизмам выше, чем таковая для частиц SnO₂. В связи с вышеизложенным наноразмерный стехиометрический сорбент CoFe₂O₄ выбран нами в качестве прототипа.

Основным недостатком этого сорбента является недостаточная для практического применения сорбционная способность в статических условиях и повышенная стоимость.

Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективных сорбентов для изготовления стерильных растворов и очистки воды путем повышения сорбционной способности наноразмерных сорбентов по отношению к микроорганизмам.

Поставленная задача решается использованием в качестве сорбента суспензивных в жидкости наноразмерных частиц нестехиометрических кубических феррошпинелей с общей формулой M_xFe_yO₄, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.95, x+y=3.

Для получения наноразмерных порошков нестехиометрических кубических феррошпинелей используют метод механохимического синтеза из солевых систем (патент РФ №2445271, 2010). Этапы синтеза включают в себя механоактивацию и измельчение реагентов, термическую обработку и отмывку полученного продукта от солевой матрицы (хлорида натрия), а также последующую сушку.

Для синтеза кубических нестехиометрических феррошпинелей используют реакции:

2FeCl₃6H₂O+CoCl₂6H₂O+Ca(OH)₂+3Na₂CO₃→Co_xFe_yO₄+CaCl₂+6NaCl+3CO₂+19H₂O

2FeCl₃6H₂O+MnO₂+6NaOH→Mn_xFe_yO₄+6NaCl+15H₂O+1/2O₂

NiCl₂6H₂O+2FeCl₃6H₂O+4Na₂CO₃→Ni_xFe_yO₄+8NaCl+4CO₂+18H₂O.

В качестве исходных материалов для синтеза применяют реактивы марок Ч и ХЧ. Хлориды железа, кобальта и никеля являются кристаллогидратами. С целью предотвращения нагрева реакционной смеси (р.с.) и агрегации наночастиц дополнительно вводят хлорид натрия (ХЧ) в соотношении m_p/c/:m_NaCl=(1:2)-(1:4). Полученную смесь герметизируют в закаленных стальных барабанах со стальными шарами диаметром 5 мм. Механохимический синтез проводят в планетарной мельнице МПВ (ускорение 60 g) при варьировании времени активации, соотношение массы шаров к массе порошка составляет 20:1. Полученный продукт прокаливают в печи при температуре 100°C в течение 60 мин, отмывают в центрифуге (ROTANTA 430R) дистиллированной водой до полного удаления солевой матрицы и высушивают при комнатной температуре.

Фазовый состав, морфологию, дисперсность и параметры структуры наноразмерных порошков определяют с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА, установка Schimadzu XRD-6000, CuK_ά) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ, прибор ЭМ-125), площадь удельной поверхности (S) - методом десорбции азота (СОРБИ № 4.1), химический состав - методом рентгеновского флуоресцентного анализа (РФА, установка Schimadzu XRF-1800). Данные рентгеноструктурного анализа обрабатывают, используя программу полнопрофильного анализа POWDER CELL 2.5 и уравнение Шеррера. Из значений площади удельной поверхности и плотности частиц рассчитывают их средний размер.

При исследовании магнитных свойств наноразмерных порошков синтезированных феррошпинелей проводят анализ температурных зависимостей начальной магнитной проницаемости на частоте 10 кГц, а также кривых намагничивания и их производных, полученных в импульсных магнитных полях напряженностью до 3 Тл по методике Креслина В.Ю., Найдена Е.П. (ПТЭ, 2002, №1, с.63).

Исследование конечных продуктов механохимического синтеза показывает, что порошки кубических феррошпинелей состоят из наноразмерных частиц сферической формы с диаметрами в интервале 3-17 нм.

Конечные продукты содержат в зависимости от условий синтеза 90-98 об.% шпинельной фазы, остальное в основном β-FeOOH и гематит. Площадь удельной поверхности наноразмерных порошков кубических феррошпинелей равна 120-190 м²/г.

Химический состав наноразмерных порошков кубических феррошпинелей, полученных при отношении массы реакционной смеси к массе инертного компонента (NaCl), равном 1:2, и продолжительности механохимического синтеза 30-40 мин, заметно отличается, как показывает метод рентгенофлуоресцентного анализа, от стехиометрического и общая химическая формула имеет вид M_xFe_yO₄, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.96, x+y=3. Увеличение содержания инертного разбавителя до (1:4) приводит к получению порошков практически стехиометрического состава (табл.1, 2).

Магнитоуправляемость определяется магнитными свойствами наноразмерных порошков кубических феррошпинелей, удельная намагниченность которых составляет 20-30 Гс·см³/г.

Сорбционную активность наноразмерных порошков кубических феррошпинелей исследуют в статическом режиме по отношению к коллекционным штаммам аэробных микроорганизмов Micrococcus albus и Pseudomonas putida, полученным из отдела коллекции микроорганизмов ГНЦ «Вектор» (пос. Кольцово, Новосибирская обл.).

В статическом режиме сорбционную активность наноразмерных порошков кубических феррошпинелей по отношению к микроорганизмам исследуют по методу Е.В. Диановой и А.А. Ворошиловой при pH=7.2. Для этого в большую пробирку вносят 1 г сорбента, 1 мл клеточной взвеси исследуемых микроорганизмов и добавляют 9 мл стерильного физиологического раствора. После встряхивания в течение 10 мин и отстаивания (20 мин) из верхнего слоя жидкости проводят посев на агаровую питательную среду для учета численности микроорганизмов после сорбции. Для более полного осаждения сорбированных клеток пробирки с культурой устанавливают на магниты размером 3×2 см. Исходную численность определяют таким же методом, но без добавления сорбента.

Количественное соотношение компонентов в кубических феррошпинелях определяется известными условиями механохимического синтеза, изложенными выше. При понижении степени разбавления реакционной смеси хлоридом натрия менее 1:2 образуется многофазный продукт, кроме кубической феррошпинели образуется фаза β-FeOOH и увеличивается содержание гематита (табл.1). Состав и свойства такого продукта сложно контролировать. При этом составы со значением x<0.50 при x+y=3 практически не реализуются в условиях эксперимента. При повышении степени разбавления реакционной смеси хлоридом натрия более 1:4 конечный продукт является однофазным и соответствует стехиометрии MFe₂O₄, но существенно снижается выход целевого продукта, что не выгодно. Дальнейшее разбавление реакционной смеси еще больше снижает выход конечного продукта.

Данные, полученные при измерении сорбционных характеристик наноразмерных порошков стехиометрической кобальтовой феррошпинели CoFe₂O₄ (прототип) и нестехиометрических кубических феррошпинелей по отношению к бактериальным культурам, представлены в табл.3.

Установлено, что в статических условиях сорбционная способность наноразмерных порошков нестехиометрических кубических феррошпинелей по отношению к бактериальным культурам выше, чем у прототипа - наноразмерных порошков стехиометрической феррошпинели кобальта CoFe₂O₄.

Использование нестехиометрических кубических феррошпинелей в выбранных экспериментальным путем границах содержания основных элементов (Co, Ni, Mn) обеспечивает высокий уровень сорбции микроорганизмов и позволяет использовать эти материалы для решения различных задач в технике и медицине.

Таблица 1 Химический и фазовый состав конечного продукта в зависимости от отношения массы реагентов к массе инертного разбавителя NaCl (масса шаров: масса реагирующей смеси = 20:1, время активации 30 мин, термообработка 1 час при 100°C) Отношение массы реагентов к массе инертного разбавителя NaCl Химическая формула Фазовый состав, об.% 1:1 Mn_0,62Fe_2,38O₄ шпинель - 81.4 Fe₂O₃ - 6.1 β-FeOOH - 12.5 1:2 Mn_0,70Fe_2,30O₄ шпинель - 93.7% Fe₂O₃ - 2.4% β-FeOOH - 3.9% 1:3 Mn_0,84Fe_2,16O₄ шпинель - 98.2 Fe₂O₃ - 1.8 1:4 Mn_1.04Fe_1.96O₄ шпинель - 99,8 Fe₂O₃ - 0,2

Таблица 2 Химический и фазовый состав конечных продуктов в зависимости от отношения массы реагентов к массе инертного разбавителя NaCl (масса шаров: масса реагирующей смеси = 20:1, время активации 30 мин, термообработка 1 час при 100°C) Условия реакции Химическая формула Фазовый состав, об.%   Co_0,69Fe_2,31O₄ шпинель - 95 Fe₂O₃ - 1 аморф. - 4 m_p.c:m_NaCl=1:2 Ni_0,54Fe_2,46O₄ шпинель - 95 Fe₂O₃ - 5 m_p.c:m_NaCl=1:4 Co_0.99Fe_2.01O₄ шпинель - 90.2 Fe₂O₃ - 3.2 B-FeOOH - 6.6 Ni_0,96Fe_2,04O₄ шпинель - 97 Fe₂O₃ - 3

Таблица 3 Сорбционная активность наноразмерных порошков кубических феррошпинелей M_xFe_yO₄ по отношению к микроорганизмам в статических условиях (pH=7.2) Химическая формула сорбента Сорбция для микроорганизмов, % Micrococcusalbus Pseudomonasputida Co_0.99Fe_2.01O₄ (прототип) 99.8400 99.9900 Co_0.69Fe_2.31O₄ 100 99.98 Co_0.70Fe_2.30O₄ 99.998 99.999 Co_0.75Fe_2.25O₄ 99.965 99.997 Co_0.79Fe_2.21O₄ 99.930 99.997 Co_0.84Fe_2.16O₄ 99.893 99.996 Co_0.92Fe_2.08O₄ 99.851 99.994 Co_1.01Fe_1.99O₄ 99.842 99.991 Mn_0.60Fe_2.40O₄ 99.998 99.9989 Mn_0.62Fe_2.38O₄ 100 99.9990 Mn_0.70Fe_2.30O₄ 99.9976 99.9972 Mn_0.84Fe_2.16O₄ 99.960 99.9920 Mn_0.90Fe_2.10O₄ 99.933 99.9910 Mn_0.96Fe_1.96O₄ 99.825 99.9960 Mn_1.04Fe_2.40O₄ 99.880 99.9940 Ni_0.54Fe_2.46O₄ 99.9989 99.9998 Ni_0.74Fe_2.26O₄ 99.952 99.9961 Ni_0.96Fe_2.04O₄ 99.920 99.9920

Изобретение относится к биотехнологии и медицине, в частности, может быть использовано для сорбции аэробных микроорганизмов при изготовлении стерильных растворов, очистке воды или нефтезагрязненных почв, а также при лечении различных ран. Предложен наноразмерный сорбент для сорбции штаммов анаэробных микроорганизмов Micrococcus albus и Pseudomonas putida. Сорбент представляет собой суспензированные в воде наноразмерные частицы нестехиометрических кубических феррошпинелей с общей формулой M_xFe_yO₄, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.96, x+y=3. Изобретение позволяет повысить сорбционную способность наноразмерного сорбента по отношению к микроорганизмам. 3 табл.

Наноразмерный сорбент для сорбции штаммов аэробных микроорганизмов Micrococcus albus и Pseudomonas putida, представляющий собой суспензированные в воде наноразмерные частицы нестехиометрических кубических феррошпинелей с общей формулой M_xFe_yO₄, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.96, x+y=3.