КОМПОЗИЦИЯ БИНАРНОЙ КОЛЛОИДНОЙ СМЕСИ НАНОСТРУКТУРНЫХ ЧАСТИЦ СЕРЕБРА И ИОНОВ СЕРЕБРА В СТАБИЛИЗАТОРЕ, ОБЛАДАЮЩАЯ АНТИМИКРОБНЫМ И АНТИТОКСИЧЕСКИМ ДЕЙСТВИЕМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК A61K33/38 B01J13/00 B82B3/00 B82Y40/00 C01G5/00 B22F9/24 B01J23/50 B01D53/62 B01D53/72 B01D53/86 C08L33/02 

Изобретение относится к способам получения наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с размерами структурных образований порядка нанометров и менее в присутствии полимерных стабилизаторов, обладающих антимикробным и антитоксическим действием и используемых в различных областях науки, медицины, фармакологии, промышленности, сельского хозяйства и экологии.

В настоящее время наноструктурные металлические частицы получают физическим и химическим методами, в т.ч. фотохимическим, радиационно-химическим, электрохимическим, биохимическим методами [Помогайло А.Ф. Полимериммобилизированные наноразмерные и кластерные частицы. - Успехи химии, 1997, т. 66, №8, - С. 750; Ревина А.А., Егорова Е.М. Радиационно-химическая наноструктурная технология синтеза стабильных металлических и биметаллических кластеров. Тезисы докладов международной конференции «Передовые технологии на пороге XXI века», ICAT 98, М., 1998, ч. II, - С. 411; Пилени М. и др. Наноструктурные частицы в коллоидных системах. - Лангмюр, 1997, т. 13, - С. 3266; Сергеев Г.Б. Нанохимия: учебное пособие / Г.Б. Сергеев. - 3-е изд. - М.: КДУ, 2009. - 336 с.: ил.; Рамбиди Н.Г. Физические и химические основы нанотехнологий / Н.Г. Рамбиди, А.В. Березкин. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 456 с.; Суздалев И.П. Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П.Суздалев. - М.: Ком. Книга, 2006. - 597 с.].

Частицы вещества в диапазоне нанометрового размера 1-100 нм меняют свои химические, физические и биологические свойства, параметры которых имеют важное прикладное значение.

Использование характерных особенностей веществ с размерами частиц менее 0,1 нм создает дополнительные, совершенно новые возможности для создания технологических приемов и средств, связанных с материаловедением, химией, физикой, биологией, медициной и многими другими областями науки и техники.

В настоящее время в связи с развитием явления антибиотикорезистентности микробов вновь наблюдается усиление интереса к разработке и созданию различного рода препаратов коллоидного серебра с использованием по размерности частиц серебра включительно в виде коллоидных растворов ионов серебра, меди, золота и др. активных металлов или их бинарных составов, например ионов серебра и меди [Электронный рессурс /Универсальное антибактериальное средство для дезинфекции на основе серебра и меди: суперконцентрат SumerSil® // - Режим доступа: http: // organic-silver.com / или organic-silver.com/index/…копия].

Созданные такого рода препараты, например, на основе коллоидного серебра находят широкое применение в медицине как антисептические средства наружного применения уже более 100 лет. На протяжении всего этого времени продолжается совершенствование составов и способов их получения. Так, например, в получаемые химическим методом известные препараты коллоидного серебра (колларгол и протаргол) для повышения биологической активности введены стабилизаторы. Стабилизатором высокодисперсных частиц серебра служат белковые полимеры казеин и желатин [Машковский М.Д. Лекарственные средства, т. 2, Новая волна, - М., 2000].

Однако, наряду с широко опубликованным в России и за рубежом целым рядом положительных результатов, полученных от применения как наноструктурных частиц металлов в водной и органической дисперсиях, так и ионов металлов в водной дисперсии в различных областях науки и техники, известным техническим решениям получения этих составов присуще ряд недостатков, снижающих эффективность или ограниченность их целенаправленного применения в качестве средств, одновременно обладающих антимикробным и антитоксическим действием.

Нами установлено, что как при получении коллоидных растворов наноструктурных металлических частиц в органической и водной дисперсиях всеми вышеуказанными физическими и химическими методами, так и при получении коллоидных растворов ионов серебра из солей или кристаллов серебра в присутствии восстановителей всеми известными методами не достигается 100% получение или наноструктурных частиц серебра, или ионов серебра в чистых без примесей коллоидных растворах из-за технологического несовершенствования существующих известных технологий.

Как правило, при производстве коллоидных растворов наноструктурных частиц серебра тем или иным из известных методов по окончанию технологического процесса получают смесь наноструктурных частиц металлов с частью невосстановленных наноструктурных частиц металлов в виде оставшейся части солей металлов, атомов с нулевой валентность или ионов металлов, примесей хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов.

Аналогично, при производстве ионов металлов в присутствии органических, или карбоновой, или других кислот известными методами также трудно добиться чистых монодисперсных коллоидных растворов только ионов металлов, без примесей наноструктурных частиц металлов с размерами 2 нм и более, наночастиц оксидов металлов и наночастиц гидроксидов металлов, а также примесей хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов, взаимодействие которых с сформировавшимися наноструктурными частицами или ионами активных металлов приводит в дальнейшем к низкой стабильности производимых коллоидных растворов наноструктурных частиц металлов в органической или водной дисперсиях или коллоидных растворах ионов активных металлов в водной дисперсии за счет образования ионами металлов малоактивных нерастворимых соединений со многими неорганическими и органически соединениями.

Происходящие в таких коллоидных растворах физико-химические процессы приводят к неустойчивой, изменяющейся во времени концентрации активных металлов в коллоидных растворах, их формы и наноразмерности, образованию нерастворимых неорганических и органических токсических соединений, что приводит одновременно к снижению бактерицидной активности и повышению токсичности применяемых препаратов.

Разработанные в настоящее время методы стабилизации производимых коллоидных растворов для снижения или устранения вышеуказанных недостатков также не совершенны и не снимают сложившуюся проблему повышения качества получения бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе.

Для обоснования сущности заявляемого технического решения, выявления совокупности отличительных признаков и доказательства соответствия заявляемого технического решения критерию изобретения «новизна» ниже рассмотрены аналоги и прототипы с указанием их технических решений и недостатков.

Известен способ получения растворов ионизированного серебра с помощью электролиза [Кульский Л.А. Серебряная вода. Киев: Наукова думка. 1983]. При проведении электролиза в качестве анода используют серебряный электрод, на котором происходит окисление серебра с последующим переходом катиона серебра в раствор.

Однако образцы серебряной воды, получаемые при использовании в качестве водной среды питьевой воды, нестойки и утрачивают свою бактерицидную активность за счет образования катионами серебра малоактивных нерастворимых соединений с хлоридами и сульфатами.

Для повышения стабильности водных бактерицидных композиций, получаемых электролитическим способом, электролиз ведут в присутствии неорганических азотной [патент RU 2130964, C11D 3/04, опубл. 27.05.1999], серной [патент RU 2000109478, C02F 1/50, опубл. 20.02. 2002] или фосфорной [патент RU 2197270, A61L 2/238, опубл. 01.27.2003] кислот, а также органических пищевых лимонной или уксусной кислот [патент RU 2125971, C02F 1/50, опубл. 10.02.1999].

Недостатками приведенных способов получения бактерицидных композиций путем электролиза в присутствии неорганических кислот и органических пищевых кислот является зависимость бактерицидной активности от состава используемой обеззараживаемой среды, а также снижение бактерицидной активности композиций, наблюдаемое при кислых значениях pH. Для повышения бактерицидной активности электролизных водных растворов ионизированного серебра, получаемых в присутствии кислоты, необходима ее нейтрализация щелочными реагентами.

В [патенте RU 2281107 A61K 33/38 A61L 2/16 C02F 1/50 опубл. 10.08.2006] описан бактерицидный раствор на основе ионизированного серебра, который получают с использованием серебряных электродов и водного раствора, содержащего аминокислоту, преимущественно глицин, и аммиак в соотношении компонентов, мас. %: 0,1-5,0 к 0,002-0,055, остальное - вода.

Присутствие аммиака увеличивает pH раствора и, как следствие, повышается бактерицидность композиции, благодаря получению высококонцентрированного раствора ионов серебра, который для получения значительного антибактериального эффекта может быть значительно разбавлен. Значение pH получаемого раствора находится в пределах от 7,9 до 9,2. При необходимости препарат нейтрализуют до pH 6,9-7,1 разбавленной кислотой, например 2%-ной уксусной кислотой.

Известен способ получения наноструктурных металлических частиц путем восстановления ионов металла в водном растворе [Бутенко А.В. и др. Ц. Физ. Д. Атомы, молекулы и кластеры, 1990, т. 17, с. 283]. В известном способе в качестве восстановителя используют гидразин и водород.

Основным недостатком известных способов является малая стабильность получаемых с его помощью наноструктурных металлических частиц, из-за чего необходимо использовать органические стабилизаторы, что усложняет структуру частиц, а также затрудняет их практическое применение. Кроме того, получение наноструктурных металлических частиц указанным способом необходимо производить в атмосфере инертного газа или при вакуумировании, что удорожает конечный продукт.

Известны лекарственные бактерицидные препараты на основе неионированного металлического серебра (колларгол, повиаргол) и оксида серебра (протаргол), получаемые химическим методом и стабилизированные гидролизатами казеина (колларгол), гидролизатами желатины (протаргол), поливинилпирролидоном (повиаргол), природным полисахаридом арабиногалактаном. Препараты хранятся в сухом порошкообразном состоянии и используются в виде коллоидных растворов, получаемых после их диспергирования в воде. Повиаргол [патент РФ №2088234. 1997. БИ №24] - водорастворимая бактерицидная композиция содержит в своем составе нанокластеры нуль-валентного металлического серебра с размерами 2-4 нм. Поли-N-винилпирроолидон-2 выступает в заявленном способе не только как стабилизатор коллоидного серебра, но и как реагент, участвующий в восстановлении за счет своих концевых альдегидных групп.

При этом ионное серебро дополнительно восстанавливается до молекулярного действием этилового спирта на ионы серебра, координированные с поли-N-поливинилпирролидоном-2. В отсутствие последнего нитрат серебра не реагирует с этанолом. Препарат легко растворяется в воде с образованием коллоидного раствора, сохраняющего агрегативную устойчивость в течение 2 недель - 6 месяцев. Препарат разрешен к серийному производству и медицинскому применению в качестве бактерицидного средства.

Однако способ получения этого средства трудоемок и требует больших энергозатрат, поскольку технология производства предусматривает распылительную сушку, имеет ограничение сырьевой базы, синтетический полимер увеличивает стоимость препарата, препарат быстро выводится почками (до 80% за 4 часа) из организма. К тому же применяемые в препарате стабилизаторы гидрофильны и по этой причине ограничивают применение этих препаратов в качестве катализатора, приводящего к деструкции токсических примесей (органического или неорганического происхождения).

Неионизированные формы серебра обладают меньшей бактерицидной активностью по сравнению с ионизированными формами серебра. В качестве ионизированной формы используются водорастворимые соли, в частности нитрат серебра.

Недостатки использования нитрата серебра связаны с низкой стабильностью за счет образования ионами серебра малоактивных нерастворимых соединений со многими неорганическими и органически соединениями.

Известен способ получения коллоидной дисперсии наночастиц серебра с использованием гамма-излучения и подходящих стабилизаторов, таких как поливиниловый спирт и додецилсульфат натрия (SDS) (Nature 1985, 317, 344; Materials Letters 1993, 17, 314). О способе получения с использованием гамма-излучения сообщалось, что он позволяет добиться получения однородного распределения наночастиц серебра по диаметрам.

Наночастицы металла, полученные в соответствии с данными способами, характеризуются размером в диапазоне от приблизительно 8 нм до десятков нанометров.

Однако наночастицы металла, полученные такими способами, не являются предпочтительными, когда речь заходит о диаметре частиц и об однородности их формы.

Для промышленного применения важно получить частицы чистого серебра с однородной формой в пределах узкого диапазона распределения частиц по диаметрам.

Как уже упоминалось выше, существует потребность в новом способе получения наночастиц металла с однородными размером и формой. В дополнение к этому еще одним предметом рассмотрения для промышленного применения является хорошая стабильность дисперсий, не допускающая агломерации наночастиц металла в дисперсионной среде. При различном применении для получения коллоидного раствора металла в неводной среде требуется совместимость с широким ассортиментом органических растворителей, пластификаторов и смол.

Было предложено широкое разнообразие способов получения твердой фазы нанокомпозитов полимер-металл (Polym. Composites 1996, 7, 125; J. Appl. Polym. Sci. 1995, 55, 371; J. Appl. Polym. Sci. 1996, 60, 323). Указанные способы включают две стадии: (1) полимеризация в частицах мономера и (2) восстановление ионов металла в полимеризационной среде. Однако раздельные процессы полимеризации и восстановления в полимеризационной среде становятся причиной возникновения неоднородного распределения наночастиц металла по размерам.

Для разрешения существующей проблемы был разработан способ получения нанокомпозитов серебро-полимер с использованием гамма-излучения (Chem. Commun. 1997, 1081). В данном способе для получения нанокомпозитов серебро-полимер соль серебра растворяют в воде, смешивают с акриламидом как с водорастворимым мономером и подвергают воздействию гамма-излучения. В данном случае восстановление ионов серебра совпадает по времени с полимеризацией мономера, так что в полимеризационной среде наночастицы металла будут диспергированы сравнительно однородными.

Однако такой способ также нельзя применять в том случае, когда используется широкий спектр водонерастворимых мономеров. Сообщается, что для преодоления ограничений, возникающих при использовании водной среды, добились получения нанокомпозитов серебро-полимер из эмульсии «вода в масле» (W/O) (Chem. Commun. 1998, 941), где в качестве фазы масла использовали толуол.

Поскольку в соответствии с таким способом может быть использован широкий ассортимент водонерастворимых мономеров, то можно получать и различные типы наночастиц металл-полимер. Однако использование для среды масла избытка толуола, количество которого вплоть до приблизительно 5 раз превышает количество воды, приводит к возникновению проблем, связанных с защитой окружающей среды. В дополнение к этому не обеспечивается создание безопасной рабочей среды вследствие высокого риска взрыва при получении продукта.

Известны средство (прототип), обладающее антимикробной активностью [патент РФ №2278669, A61K 31/717, A61K 36/15, A61P 31/04, опубл. 27.06.2006], и коллоидный раствор наночастиц металла, нанокомпозиты металл-полимер и способы их получения [патент РФ №2259871, B01J 13/00, B82B 3/00, опубл. 10.09.2005].

В описанном в патенте РФ№2278669 средстве, обладающем антимикробным действием, содержащем серебро, стабилизатор и воду, в качестве стабилизатора используют арабиногалактан, при этом серебро представляет собой водорастворимые частицы с размером 10-30 нм.

Сущность изобретение [патент RU 2278669] состоит в том, что водные растворы солей серебра с содержанием от 0,0011 до 0,40 г (от 0,007 до 2 ммоль) добавляют к водному раствору арабиногалактана при интенсивном перемешивании и оставляют при комнатной температуре в течение 30-90 мин. После этого приливают 30%-ный гидроксид аммония или натрия до pH 10-11. Полученные смеси выдерживают при температуре 20-90°C в течение 5-60 мин. Раствор фильтруют и целевые продукты выделяют высаживанием фильтрата в этанол, осадок отфильтровывают и сушат в вакууме. Содержание серебра в полученных образцах, определенное методом атомно-абсорбционного анализа, в зависимости от условий реакции варьируется в пределах 3,3-19,9%. По данным рентгено-дифракционного анализа серебро находится в нуль-валентном состоянии. Также как и в предыдущем изобретении особенностью данного является использование стабилизатора - природного полисахарида арабиногалактана, в качестве восстановителя ионов серебра до нуль-валентного состояния, а также одновременно в качестве реакционной дисперсионной среды.

Серебросодержащие производные сформированы в виде наноразмерных частиц 10-30 нм, частицы являются водорастворимыми, а также могут быть выделены в твердом виде.

Недостатки этих препаратов связаны с трудоемкими процедурами их химического получения и сравнительно низкой стабильностью водных дисперсий.

Использование природного полисахарида арабиногалактана одновременно в качестве реакционной дисперсионной среды и восстановителя ионов серебра до нуль-валентного состояния не позволяет использовать стабилизаторы указанных природных веществ, в том числе и полисахарид арабиногалактан, в качестве стабилизаторов ионов (катионов) серебра. К тому же эти вещества используются для стабилизации серебра, которое находится в нуль-валентном состоянии, и размер его наночастиц составляет 10-30 нм.

В патенте RU 2259871 описан коллоидный раствор наночастиц металла, нанокомпозиты металл-полимер и способы их получения, который может быть использовано при изготовлении противобактериальных и стерилизующих средств, проводящих клеев и чернил, защитных экранов графических дисплеев.

Коллоидный раствор наноструктурных металлических частиц получают растворением соли металла и водорастворимого полимера в воде и/или в неводном растворителе. Затем реакционную емкость с полученным раствором продувают газообразным азотом или аргоном и облучают радиоактивным излучением. После этого можно дополнительно разбавить раствор и обработать его ультразвуком. В качестве соли металла можно использовать соль серебра, например нитрат, перхлорат, сульфат или ацетат. Можно также использовать соль никеля, меди, палладия или платины. В качестве полимера берут поливинилпирролидон, сополимеры 1-винилпирролидона с акриловой или винилуксусной кислотами, со стиролом или с виниловым спиртом. В качестве неводного растворителя можно использовать метанол, этанол, изопропиловый спирт или этиленгликоль. При получении нанокомпозитов металл-полимер вместо водорастворимого полимера используют полимерный стабилизатор, например полиэтилен, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, полиуретан, полиакриламид или полиэтиленгликоль. В этом случае для получения эмульсии можно дополнительно ввести в реакционную емкость поверхностно-активное вещество. Коллоидный раствор стабилен в течение 10 месяцев с сохранением формы частиц и незначительным увеличением их размера. Свежеприготовленный коллоидный раствор содержит наночастицы металла размером не более 8 нм. В нанокомпозите наблюдается равномерное распределение наночастиц металла в полимере.

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

Одним из основных направлений современных нанотехнологий является синтез наноструктурных металлических частиц, в основе которого лежит восстановление ионов металлов до атомов с последующей агрегацией атомов и ионов с образованием наноструктурных металлических частиц.

При этом из числа выше указанных способов наиболее перспективным является биохимический метод получения наноструктурных металлических частиц [Бутенко А.В. и др. Атомы, молекулы и кластеры, 1990, т. 17, - С. 283; Робинсон Б. и др. Синтез и выделение микрочастиц в системе обратных мицелл: В сборнике «Структура и реактивность в обратных мицеллах», под редакцией Пилени М. Токио, 1989, - С. 198].

Основными недостатками вышеуказанных способов получения наноструктурных металлических частиц являются:

- малая стабильность наноструктурных металлических частиц, получаемых с помощью многих разработанных способов;

- сложность технологического производства и практического применения наноструктурных металлических частиц;

- относительно небольшая скорость формирования наноструктурных металлических частиц, требуется значительный расход восстановителя, что повышает затраты на изготовление наноструктурных металлических частиц;

- в реакционной системе могут присутствовать избыток восстановителя и различные продукты реакции.

Из числа известных способов получекния наноструктурных частиц металлов наиболее близкими к заявляемому изобретению являются:

а) Способ получения наноструктурных металлических частиц путем восстановления ионов металла в обратномицеллярной дисперсии восстановителя на основе раствора поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе [патент РФ №2147487, 7 В22, F 9/24, опубл. 2000 г.];

б) Способ получения водной дисперсии наноструктурных частиц металла, полученной из их обратномицеллярного раствора [патент РФ №2202400, 7 B01D 39/00, B01J 20/20, опубл. 2003 г.].

Способ получения наноструктурных металлических частиц путем восстановления ионов металла в системе обратных мицелл включает приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя на основе раствора поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе и введение в нее ионов металла. Причем в качестве восстановителя применяют вещество из группы флавоноидов, в качестве поверхностно-активного вещества используют бис-2-этилгексилсульфосукцинат натрия (аэрозоль ОТ), а в качестве неполярного растворителя применяют вещество из группы предельных углеводородов.

Получение водной дисперсии наноструктурных частиц металла осуществляется из их обратномицеллярного раствора на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе, в которой концентрацию наноструктурных металлических частиц выбирают в интервале 2·10^-4-3·10^-3 г-ион/л, а концентрацию поверхностно-активного вещества - не более 1,5%.

в) Бактерицидный раствор и способ его получения [патент RU 2341291 A61L 2/16 (2006.01), A01N 65/00 (2006.01), A61K 33/38 (2006.01), A61K 31/79 (2006.01), опубл. 20.12.2008].

Изобретение относится к получению дисперсий наноструктурных металлических частиц в воде с бактерицидными свойствами, используемых в различных областях медицины, фармакологии, промышленности и экологии.

Изобретение характеризуется тем, что создан бактерицидный водно-дисперсионный раствор, состоящий из наноструктурных частиц частиц серебра, поверхностно-активного вещества (ПАВ) и воды, с распределением частиц по размерам. Второй объект - способ получения этого раствора путем восстановления ионов серебра в системе обратных мицелл, включающий приготовление мицеллярного раствора ПАВ в неполярном растворителе из ряда: н-гексан, или н-гептан, или н-октан, или н-декан, или циклогексан, или изооктан, с добавлением в него восстанавливающего агента. Водный раствор соли серебра предварительно обрабатывают раствором аммиака. Полученная двухфазная система отстаивается с последующим расслаиванием и отделением от органического слоя целевого водного раствора наночастиц серебра восстанавливающего агента из группы флавоноидов, например кверцетина.

Изобретение обеспечивает создание высокоэффективного бактерицидного средства с высокой биологической активностью по отношению к микроорганизмам, которую сохраняет в течение длительного времени.

Вместе с тем, нами установлено, что при реализации известного способа получения наноструктурных металлических частиц путем восстановления ионов металла в обратномицеллярной дисперсии восстановителя в объемах более 0,1 л процесс приготовления мицеллярного раствора восстановителя при комнатной температуре (20-25°C) является технологически достаточно трудоемким во времени и требует больших энергетических затрат на его растворение в неполярном растворителе с сопровождением постоянного перемешивания смеси и занимает, как правило, от 3 до 5 суток, что экономически приводит к большим материальным и энергетическим затратам, несмотря на то, что в конечном итоге приводит к получению наноструктурных металлических частиц сравнительно с небольшой их концентрацией в неполярном растворителе (от 2·10^-4 г-ион/л до 3·10^-3 г-ион/л).

При реализации известного способа получения водной дисперсии наноструктурных металлических частиц, полученной из их обратномицеллярного раствора после разделения смеси водной дисперсии от неполярного растворителя в объеме смеси более 1 л, дальнейшее очищение водной дисперсии наноструктурных металлических частиц от избытка неполярного растворителя и поверхностно-активного вещества по известному способу является трудоемким процессом и занимает, как правило, 3-5 суток, что экономически приводит к большим энергетическим и временным затратам, малой производительности выхода готовой продукции и повышает уровень пожаро- и взрывоопасности производства. Получение водной дисперсии наноструктурных металлических частиц путем центрифугирования двухфазной системы обратномицеллярного раствора наноструктурных металлических частиц и воды и отделения нижней водной фазы, содержащей наноструктурные металлические частицы, на практике является неприемлемым при даже небольших (более 1 л) объемах получения водного раствора наноструктурных металлических частиц.

Из числа известных способов получения наноструктурных частиц металлов наиболее близким к предполагаемому изобретению по количеству существенных признаков, (прототипом) является известный способ получения наноструктурных металлических частиц [патент RU 2341291, B22F 9/24 (2006.01), C22B 11/00 (2006.01), B82B 1/00 (2006.01,) опубл. 20.07.2010], лишенный указанных недостатков известных способов получения наноструктурных частиц металлов, которые являются наиболее близкими аналогами к заявляемому изобретению.

Изобретение относится к способам получения наноструктурных металлических и биметаллических частиц с размерами структурных образований порядка нанометров. Способ включает приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя из группы флавоноидов, поверхностно-активного вещества бис-2-этилгексил сульфосукцината натрия и введение в нее ионов металлов в виде водного раствора соли металла Ag, и/или Cu, или Fe, или Ni, или Cd с молярной концентрацией от 3·10^-4 до 3·10^-3 М. Приготовление дисперсии ведут при перемешивании с последующим охлаждением приготовленной смеси до температуры 20-25°C и фильтрацией. Затем вводят в нее ионы металлов в виде водного раствора аммиачной соли металла с получением обратномицеллярного раствора наноструктурных частиц на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе. В этот раствор вводят дистиллированную воду, перемешивают, отстаивают и отделяют первичную водную смесь наноструктурных частиц от неполярного растворителя. Отделенную смесь наноструктурных частиц нагревают, затем охлаждают и выдерживают до полного отделения избытка поверхностно-активного вещества от водной первичной смеси для получения водной дисперсии наноструктурных металлических или биметаллических частиц.

Техническим результатом известного изобретения является увеличение скорости формирования и концентрации наноструктурных металлических и биметаллических частиц при их получении в мицеллярном и водном растворах.

В настоящее время Закрытое Акционерное Общество «АКВИОН» (г. Москва) организовано серийное промышленное производство наноструктурных металлических и биметаллических частиц при их получении в мицеллярном и водном растворах по технологии описанной в выше указанном патенте RU 2341291, в виде:

- концентрата серебра в органической дисперсии для защиты поверхностей «Неосильвер концентрат-Органик», ТУ 2499-005-17572054 9 (Сертификат соответствия № РОСС RU АГ98.Н14190 от 25.07.14 г.);

- концентрата серебра в водной дисперсии для защиты поверхностей «Неосильвер концентрат-Гидро», ТУ 2499-004-17572054-14 (Сертификат соответствия № РОСС RU АГ98.Н14192 от 25.07.14 г.).

Однако, наряду с широко опубликованным в России и за рубежом целым рядом положительных результатов, полученных от применения как наноструктурных частиц металлов в водной и органической дисперсиях, так и ионов металлов в водной дисперсии в различных областях науки и техники, известным техническим решениям получения этих составов присущ ряд недостатков, снижающих эффективность или ограниченность их целенаправленного применения в качестве средств, одновременно обладающих антимикробным и антитоксическим действием.

Нами установлено, что как при получении коллоидных растворов наноструктурных металлических частиц в органической и водной дисперсиях всеми выше указанными физическими и химическими методами, так и при получении коллоидных растворов ионов (катионов) серебра из солей или кристаллов серебра в присутствии восстановителей всеми известными методами не достигается 100% получение или наноструктурных частиц серебра, или ионов серебра в чистых без примесей коллоидных растворах из-за технологического несовершенства существующих известных технологий.

При анализе выявленных аналогов и прототипов способов получения наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии и их соствов нами установлено, что как правило, при производстве коллоидных растворов наноструктурных частиц серебра тем или иным из известных методов по окончании технологического процесса получают смесь наноструктурных частиц металлов с частью невосстановленных наноструктурных частиц металлов в виде оставшейся части солей металлов, атомов с нулевой валентность или ионов металлов, а также примесей хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов.

Происходящие в таких коллоидных растворах физико-химические процессы приводят к неустойчивой, изменяющейся во времени концентрации активных металлов в коллоидных растворах, их формы и наноразмерности, образованию нерастворимых неорганических и органических токсических соединений, что приводит одновременно к снижению бактерицидной активности и повышению токсичности применяемых препаратов.

Разработанные в настоящее время методы стабилизации производимых коллоидных растворов для снижения или устранения указанных выше недостатков также не совершенны и не снимают сложившуюся проблему повышения качества коллоидных растворов наноструктурных частиц металлов в применяемых стабилизаторах.

Для устранения вышеуказанных недостатков в процессе разработки нового поколения стабилизированных бинарных составов наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии, обладающих одновременно антимикробным и антитоксическим действием, нами серьезное внимание уделялось прежде всего целенаправленному физико-химическому конструированию наноструктурных частиц серебра путем их биохимического синтеза и строго контролируемому процессу оставшейся в водной дисперсии после разделения наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии от неполярного растворителя невосстановленной части ионов (катионов) серебра с заданными концентрацией, физическими параметрами и биологическими свойствами.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение качества получения бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе за счет одновременной очистки коллоидных растворов наноструктурных частиц в органической или водной дисперсиях примесей хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов и стабилизации невостанновленной части ионов серебра с формированием устойчивых во времени активных полимерных комплексов, обеспечивающих совместно с сформировавшимися в коллоидных растворах наноструктурными частицами серебра антимикробную и антитоксическую активность.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение экологически безопасной композиции стабильных бинарных коллоидных смесей наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в присутствии стабилизаторов с заданной формой, размерами и концентрацией смеси наноструктурных частиц и ионов серебра в органической и водной дисперсиях, обладающих одновременно антимикробным и антитоксическим действием.

Указанная выше задача решается тем, что композиция, обладающая антимикробным и антитоксическим действием, содержащая серебро, стабилизатор и растворитель, в качестве серебра содержит бинарную смесь коллоидного раствора наноструктурных частиц серебра с размером частиц 2-100 нм и ионов серебра, а в качестве растворителя содержит неполярный растворитель из группы предельных углеводородов: н-гексан, или н-гептан, или н-октан, или н-декан, или циклогексан, или изооктан, или воду дистиллированную, или воду деионизированную, в качестве стабилизатора содержит водный раствор гидросодержащего полимера в виде поливинилового спирта, или хитина, или хитозана, или целлюлозы, или амилозы, или 2-гидроксиэтилметакрилата, или акрилового полимера или сополимера в неполярном растворителе, или водный раствор акрилового полимера или сополимера, или бинарную смесь гидроксилсодержащего полимера и водного раствора акрилового полимера или сополимера и дополнительно содержит раствор гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений в виде силоксанов или силиконатов с рН ≤8,0 в водной дисперсии или в неполярном растворителе с рН ≤8,0.

При этом: во-первых, в качестве серебра композиция содержит концентрат бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в неполярном растворителе при следующем соотношении компонентов мас. %:

- наноструктурные частицы серебра - 0,0399-0,0508; - ионы серебра - 0,0291-0,0412; - неполярный растворитель - остальное - до 100.

Во-вторых, в качестве серебра композиция содержит концентрат бинарной коллоидной смеси водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра при следующем соотношении компонентов мас. %:

- наноструктурные частицы серебра - 0,0399-0,0508; - ионы серебра - 0,0291-0,0412; - вода - остальное - до 100.

В-третьих, в качестве серебра композиция содержит концентрат бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в неполярном растворителе, а в качестве стабилизатора содержит раствор акрилового полимера или бинарную смесь раствора акрилового полимера и раствора гидрофобизатора на основекремнийорганических соединений с рН ≤8,0 в неполярном растворителе при следующем соотношении компонентов мас. %:

- концентрат бинарной коллоидной смеси   мицеллярного раствора наноструктурных частиц   серебра и ионов серебра в неполярном растворителе - 0,37-2,0; - 0,1-0,3% (мас.) раствор акрилового полимера   от массы бинарной смеси наноструктурных частиц серебра   в неполярном растворителе - 1,5-2,5; - 0,1-0,4% (мас.) раствор кремнийорганических   соединений в неполярном растворителе, от массы бинарной   смеси наноструктурных частиц серебра в неполярном   растворителе - 0,5-1,5; - неполярный растворитель - остальное - до 100.

В-четвертых, в качестве серебра композиция содержит концентрат бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии, а в качестве стабилизатора содержит водный раствор гидроксилсодержащего полимера, или водный раствор акрилового полимера или сополимера, или бинарную смесь гидроксилсодержащего полимера и водного раствора акрилового полимера или сополимера и водный раствор гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений с рН ≤8,0 при следующем соотношении компонентов мас. %:

- концентрат бинарной коллоидной смеси   наноструктурных частиц серебра   и ионов серебра в водной дисперсии - 0,37-2,0; - 0,1-0,3% (мас.) водный раствор гидроксилсодержащего   полимера, или водный раствор акриловых полимеров   или сополимеров, или бинарную смесь 0,1-0,3% (мас.)   гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.)   водного раствора акриловых полимеров   или сополимеров при соотношении мас. % 1:1 - 1,5-2,5; - 0,1-0,4% (мас.) водный раствор кремнийорганических   соединений от массы бинарной смеси наностуктурных   частиц серебра в водной дисперсии - 0,5-1,5; - вода - остальное - до 100.

В-восьмых, способ получения бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе путем восстановления ионов серебра в системе обратных мицелл, включает приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя из группы флавоноидов в неполярном растворителе (например, н-гексана, или н-гептана, или н-октана, или н-декана, или циклогексана, или изооктана), поверхностно-активного вещества бис-2-этилгексил сульфосукцината натрия и вводят в нее ионы серебра в виде водного раствора соли серебра.

При этом приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя наноструктурных частиц серебра ведут при перемешивании восстановителя и поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе при температуре 60-80°С с обратным холодильником с последующим охлаждением приготовленной смеси до температуры 20-25°С и фильтрацией.

Введение в нее ионов серебра проводят в виде водного раствора аммиачной соли металла с получением обратномицеллярного раствора наноструктурных частиц на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе, в который вводят дистиллированную или деионизированную воду, перемешивают, отстаивают и отделяют первичную водную смесь наноструктурных частиц от неполярного растворителя.

Отделенную первичную водную смесь наноструктурных частиц с наличием в ней избытка неполярного растворителя и поверхностно-активного вещества нагревают до температуры 50-60°С в течение 1-2 ч дополного отделения избытка неполярного растворителя, затем охлаждают до температуры 20-25°С и выдерживают при этой температуре в течение 24 ч для получения водной дисперсии наноструктурных частиц серебра.

При этом молярную концентрацию восстановителя из группы флавоноидов доводят от 6,6∙10^-4 до 3,3∙10^-3 М в неполярном растворителе с молярной концентрацией поверхностно-активного вещества бис-2-этилгексил сульфосукцината натрия от 0,09 до 0,1 и введение в нее ионов серебра в виде водного раствора соли серебра, с молярной концентрацией от 3,7∙10^-2 до 5,0∙10^-2 М.

Приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя наноструктурных частиц серебра ведут в течение 0,5-1,0 ч с последующим охлаждением приготовленной смеси до температуры 20-25°С и фильтрацией, а полученную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра повторно нагревают до 50-60°С и добавляют в нее 0,1-0,3% водного раствора стабилизатора ионов серебра в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси водной дисперсии, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

Для осуществления способа получения заявляемых вариантов композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе:

- при введении ионов серебра концентрацию водного раствора аммиачной соли серебра и концентрацию поверхностно активного вещества выбирают в зависимости от степени гидратации, изменяющейся от 5,0 до 8,0;

- перед отстаиванием в двухфазную систему добавляют при перемешивании дистиллированную или деионизированную воду в пропорции 1:1, полученную смесь переносят в разделительную колонну, до получения слоя бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов

серебра в водной дисперсии, который сливают из нижней части колонны в отдельный накопитель;

- при получении мицеллярного раствора в неполярном растворителе концентрацию наноструктурных частиц серебра доводят от 0,0399% до 0,0508%, а при получении водной дисперсии частиц серебра - от 0,0399% до 0,0508%.

- получение копозиции бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0% мас. наностуктурных частиц серебра в неполярном растворителе производят от исходной их концентрации, равной 0,0399%-0,0508% мас., и в приготовленную бинарную коллоидную смесь обратномицеллярной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра добавляют 0,1-0,3% раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси в неполярном растворителе, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С;

- получение композиции наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0% мас. наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии производят от исходной их концентрации, равной 0,0399%-0,0508%, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра добавляют 0,1-0,3% раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С;

- получение композиции наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0% мас. наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии производят от исходной их концентрации, равной 0,0399% до 0,0508%, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра добавляют 0,1-0,3% раствора гидроксилсодержащего полимера в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С;

- получение копозиции бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0% мас. наностуктурных частиц серебра в неполярном растворителе производят от исходной их концентрации, равной 0,0399%-0,0508% мас., и в приготовленную бинарную коллоидную смесь обратномицеллярной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра поочередно добавляют 0,1-0,3% раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси в неполярном растворителе и 0,5-1,5% мас. кремнийорганических соединений от массы бинарной смеси в неполярном растворителе, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С;

- получение композиции наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0% мас. наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии производят от исходной их концентрации, равной 0,0399%-0,0508%, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра поочередно добавляют 0,1-0,3% раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси и 0,5-1,5% мас. кремнийорганических соединений от массы бинарной смеси в водной дисперсии, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

Минимальные и максимальные значения входящих в состав композиции ингредиентов химических веществ, выраженных в % соотношении их масс, обосновываются прежде всего их практической значимостью проявляющихся свойств заявляемых вариантов композиции и выбраны исходя из установленного на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований физико-химического агрегатного состояния композиции бинарной смеси, не влекущей за собою изменение плотности, вязкости и агрегатного состояния самого коллоидного раствора, а также, таким образом, чтобы избытком входящих в состав стабилизатора химических веществ (гидроксилсодержащего полимера, акрилового полимера или сополимера, гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений и вариантов их сочетанного применения) не маскировать биологическую эффективность бинарной смеси комплексов наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в неполярном растворителе или в водной дисперсии относительно ее антимикробной активности и физическую эффективность относительно ее антитоксической активности.

Таким образом, при производстве различных вариантов заявляемой композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе, обладающей антимикробным и антитоксическим действием, с применением разработанного способа ее получения в нормальных условиях по окончании технологического процесса в сокращенном временном интервале получают бинарную смесь коллоидного водного раствора стабилизированных наноструктурных частиц и ионов (катионов) серебра с заданной контролируемой их концентрацией без примесей наночастиц оксидов металлов и наночастиц гидроксидов металлов, а также примесей хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов.

Отсутствие в получаемой композиции бинарной смеси коллоидного раствора выше указанных примесей обеспечивает высокую контролируемую стабильность коллоидных растворов сформировавшихся наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в органической и водной дисперсиях в течении длительного времени, обеспечивая тем самым их высокую антимикробную и антитоксическую активность.

При этом в процессе разработки технологии было установлено, что для получения стабилизированных бинарных смесей наноструктурных частиц серебра и ионов (катионов) серебра в водной дисперсии с заданной их концентрацией особый практический интерес представляют контролируемые на протяжении всего технологического процесса водные растворы наноструктурных частиц концентрированного коллоидного серебра, которые содержат изученные заданные: концентрацию наноструктурных частиц серебра в очищенных водных растворах от примесей солей серебра и других технологических примесей веществ; установленную форму наноструктурных частиц серебра и требуемое распределение их по размерам, а также концентрация оставшейся части водного раствора ионов (катионов) серебра.

В результате разработанного нового технологического процесса получения стабилизированного бинарного состава наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии были устранены присущие известным составам и технологиям их получения ряд недостатков, снижающих эффективность или ограниченность их целенаправленного применения в качестве средств, одновременно обладающих антимикробным и антитоксическим действием, в результате которого достигается 100% получение активного катализатора, состоящего из комплексов наноструктурных частиц серебра и ионов (катионов) серебра в чистых без примесей высокоочищенных коллоидных органических или водных растворах.

При анализе известных технических решений авторами не обнаружены известные средства, обладающие антимикробным и антитоксическим действием (варианты), и способы получения бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе с указанной в предлагаемом техническом решении совокупностью существенных признаков, что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения «новизна».

В исследуемых технических решениях, которые вошли в уровень техники, авторами не выявлено влияние предписываемых предлагаемому техническому решению преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата, что доказывает соответствие предлагаемого технического решения критерию изобретения «изобретательский уровень».

Способ получения композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе включает следующие операции.

1. Получение концентрата наноструктурных металлических частиц путем восстановления ионов металла в обратномицеллярной дисперсии восстановителя с их концентрацией 0,0399-0,0508% (мас.), что соответствует 3,7-4,7*10^-3 г·ион/л, включающей следующие операции:

- растворение поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе температуре 20-25°C;

- приготовление обратномицеллярной дисперсии флавоноида, включающее смешивание раствора поверхностно-активного вещества, неполярного растворителя и флавоноида при температуре от 60°C до 80°C с обратным холодильником в течение 0,5-1 час;

- приготовление водного раствора аммиачной соли металла при температуре 20-25°C;

- смешивание охлажденной обратномицеллярной дисперсии флавоноида с водным раствором аммиачной соли металла при температуре 20-25°C до получения однородного мицеллярного раствора.

2. Получение концентрата водной дисперсии наноструктурных металлических частиц из их обратномицеллярного раствора с их концентрацией 0,0399-0,0508% (мас.), включающей следующие операции:

- в мицеллярный раствор добавляют дистиллированную воду в соотношении по объему 1:1,0-1:1,5;

- полученную смесь интенсивно перемешивают при температуре 20-25°C в течение 5-10 мин;

- перемешанную смесь отстаивают в течение 1-3 час до визуализируемой четкой границы разделения органической фазы первичной водной смеси наноструктурных частиц серебра с наличием в ней избытка неполярного растворителя и поверхностно-активного вещества при температуре 20-25°C;

- отделяют первичную водную смесь от органической фазы;

- отделенную первичную водную смесь нагревают до температуры 50-60°C в течение 1-2 час до полного удаления из смеси избытка неполярного растворителя;

- нагретую первичную смесь охлаждают до температуры 20-25°C и выдерживают при этой температуре в течение 24 час до полного отделения избытка поверхностно-активного вещества от первичной водной смеси, содержащей наноструктурные частицы серебра;

- отделяют водную смесь от избытка поверхностно-активного вещества до получения готовой продукции - водной дисперсии наноструктурных частиц серебра.

3. Получение мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра с концентрацией 0,37-2,0% (мас.) наностуктурных частиц серебра от их исходной концентрации 0,0399-0,0508% (мас.), стабилизированных 0,1-0,3% (мас.) раствором акрилового полимера или бинарной смесью 0,1-0,3% (мас.) раствора акрилового полимера и раствора гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений с рН≤8,0 в неполярном растворителе, включающей следующие операции:

- приготовление 0,37-2,0% (мас.) наноструктурных частиц серебра в обратномицеллярной дисперсии восстановителя от их исходной концентрации 0,0399-0,0508% (мас.) в неполярном растворителе при температуре 20-25°C;

- приготовление 0,1-0,3% (мас.) раствора акрилового полимера и 0,1-0,4% (мас.) раствор кремнийорганических соединений или их бинарной смеси в неполярном растворителе при температуре 20-25°C.

- смешивание мицеллярного раствора 0,25-2,0% (мас.) наноструктурных частиц серебра с 0,1-0,3% (мас.) раствором акрилового полимера в неполярном растворителе или с бинарной смесью раствора акрилового полимера и раствора гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений в неполярном растворителе при соотношении масс 1:1 при температуре 20-25°C.

4. Получение водного раствора наноструктурных частиц серебра с концентрацией 0,37 -2,0% (мас.) наностуктурных частиц серебра от их исходной концентрации 0,0399-0,0508% (мас.), стабилизированных 0,1-0,3% (мас.) водным раствором гидроксилсодержащего полимера, или водным раствором акрилового полимера или сополимера, или бинарной смесью 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и водного раствора акрилового полимера или сополимера при их соотношении мас. % 1:1 и водного раствора гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений с pH≤8, включающей следующие операции:

- приготовление 0,37 -2,0% (мас.) водных растворов наноструктурных частиц серебра от с их концентрации 0,0399 - 0,0508% (мас.) в дистиллированной воде при температуре 20-25°C;

- приготовление 0,1-0,3% (мас.) водного раствора гидроксилсодержащего полимера, или водного раствора акриловых полимеров или сополимеров, или бинарной смеси 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.), или водного раствора акриловых полимеров или сополимеров при соотношении мас. % 1:1, при температуре от 50°C до 60°C с дальнейшим охлаждением раствора до температуры 20-25°C;

- приготовление 0,1-0,4% (мас.) водного раствора кремнийорганических соединений с pH≤8 в количестве - 0,5-1,5% (мас.) бинарной смеси водного раствора наноструктурных частиц серебра при температуре 20-25°C;

- смешивание 0,37-2,0% (мас.) водных растворов наноструктурных частиц серебра с 0,1-0,3% (мас.) водного раствора гидроксилсодержащего полимера, или водного раствора акриловых полимеров или сополимеров, или бинарной смесью 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.) водного раствора акриловых полимеров или сополимеров при их соотношении мас. % 1:1 в количестве 1,5-2,5% мас. водного раствора наноструктурных частиц серебра, при температуре от 50°C до 60°C с дальнейшим охлаждением раствора до температуры 20-25°C;

- смешивание 0,37-2,0% (мас.) водных растворов наноструктурных частиц серебра, 0,1-0,3% (мас.) водного раствора гидроксилсодержащего полимера, или водного раствора акриловых полимеров или сополимеров, или бинарной смеси 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.) водного раствора акриловых полимеров или сополимеров при их соотношении мас. % 1:1 с 0,1-0,4% (мас.) водного раствора кремнийорганических соединений в количестве в количестве 0,5-1,5% мас. от массы бинарной смеси наноструктурных частиц серебра, при температуре от 50°C до 60°C с дальнейшим охлаждением раствора до температуры 20-25°C.

В качестве примера для получения композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе в водной дисперсии и неполярном растворителе применяли следующие виды сырья:

- серебро азотнокислое (AgNO₃) по ГОСТ 1277;

- изооктан эталонный по ГОСТ 12433;

- натрий диоктилсульфосукцинат (C20 H37 Na O7 S, CAS 577-11-7) (аэрозоль -ОТ или АОТ);

- кверцетин (С 15 Н10 O72. H2O, пентагидроксифлавон, CAS 6151-25-3);

- аммиак водный «ОСЧ» по ГОСТ 24147;

-поливиниловый спирт марки 11/2, 16/1, сорт высший или первый, ГОСТ 10779-78;

- лак акриловый ВД-АК-1113 по ТУ 2310-015-43238048-07;

- лак уретан-алкидный по ТУ 2311-069-13238275-2008;

- гидрофобизатор СОФЭКСИЛ 30-04М (50%-ную водную эмульсию на основе олигометилгидридсилоксана) по ТУ 2229-018-42942526-01, изм. 1-4;

- гидрофобизатор КО-85 (Кремнийорганический термостойкий лак) ГОСТ 11066-74, с изм. 1-4;

- вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Концентрацию соли металла варьировали в пределах от 3,7·10^-2 до 5,0·10^-2 М. Соотношение молярных концентраций воды и поверхностно-активного вещества в обратномицеллярной дисперсии соли металла (степень гидратации, W=[H2O]/[AOT] выбирали в диапазоне 5 до 8.

Молярную концентрацию вещества из группы флавоноидов в обратномицеллярной дисперсии восстановителя выбирали в диапазоне от 6,6·10^-4 до 3,3·10^-3 М.

Контроль за формированием наноструктурных частиц серебра и ионов серебра и оценку их стабильности осуществляли спектрофотометрически по изменениям основных характеристик спектров оптического поглощения (для наноструктурных частиц серебра - положения максимума полосы поглощения и величины оптической плотности в максимуме полосы поглощения в области 400-425 нм, а для стабилизированных ионов (катионов) серебра - положения максимума полосы поглощения и величины оптической плотности в максимуме полосы поглощения в области 465-490 нм.

Ниже приведены примеры реализации изобретения для заявляемого способа получения композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе.

Пример 1. Получение концентрата наноструктурных частиц серебра в неполярном растворителе:

В 960 мл изооктана растворяют 40 г диоктилсульфосукцината натрия при 20-25°C и добавляют 300-400 мг кверцетина. Полученную смесь нагревают в колбе с обратным холодильником до 60-70°C и перемешивают в течении 05-1 час, после чего нагретую смесь охлаждают до 20-25°C и фильтруют.

9,0 мл водного раствора аммиачной соли серебра добавляют к мицеллярному раствору кверцетина, полученному ранее. Смесь перемешивают при 20-25°C в течение 1-3 минут до получения однородного темного мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра с концентрацией 0,0399% (мас.).

Пример 2. Получение концентрата наноструктурных частиц серебра в неполярном растворителе:

Растворение диоктилсульфосукцината натрия в неполярном растворителе и приготовление обратномицеллярной дисперсии флавоноида при температуре 20-25°C производят аналогично примеру 1.

Далее полученную смесь нагревают в колбе с обратным холодильником до температуры 60-80°C и перемешивают в течение 05-1 час, после чего нагретую смесь охлаждают до 20-25°C и фильтруют.

12,0 мл водного раствора аммиачной соли серебра добавляют к мицеллярному раствору кверцетина, полученному ранее. Смесь перемешивают при 20-25°C в течение 1-3 минут до получения однородного темного мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра с концентрацией 0,0508% (мас.).

Пример 3. Получение концентрата наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии:

К 1000 мл мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра, полученного по примеру 1, добавляют 1000-1500 мл дистиллированной воды и интенсивно перемешивают при температуре 20-25°C в течение 5-10 минут. Далее перемешанную смесь отстаивают в течение 1-3 час, до визуализируемой четкой границы раздела органической фазы первичной водной смеси наноструктурных частиц серебра с наличием в ней избытка изооктана и диоктилсульфосукцината натрия при температуре 20-25°C, после чего отделяют первичную водную смесь наноструктурных частиц серебра от изооктана.

Отделенную первичную водную смесь наноструктурных частиц серебра нагревают до температуры 50°-60°C в течение 1 час до полного удаления из смеси избытка изооктана. После этого нагретую водную смесь наноструктурных частиц серебра охлаждают до температуры 20-25°C и выдерживают при этой температуре в течение 24 час до получения готовой продукции - водной дисперсии наноструктурных частиц серебра с концентрацией 0,0399% (мас.).

Пример 4. Получение концентрата наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии:

Введение дистиллированной воды в мицеллярный раствор наноструктурных частиц серебра, их перемешивание, отстаивание и отделение первичной водной смеси наноструктурных частиц серебра от изооктана производят аналогично примеру 3.

Далее отделенную первичную водную смесь наноструктурных частиц серебра нагревают до температуры 50-60°C при перемешивании в течение 1 часа до полного удаления из смеси избытка изооктана.

Охлаждение нагретой первичной смеси с ее выдержкой в течение 24 часов и отделение от водной смеси избытка диоктилсульфосукцината натрия до получения готовой продукции - водной дисперсии наноструктурных металлических частиц производят аналогично примеру 3 до получения готовой продукции - водной дисперсии наноструктурных частиц серебра с концентрацией 0,0508% (мас.).

Пример 5. Получение композиции бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе.

На первом этапе поочередно приготавливают расчетное количество 0,25-2,0% мас. мицеллярного раствора наностуктурных частиц серебра (например 0,37%, или 0,5%, или 1,0%, или 1,5%, или 2,0% (мас.) в неполярном растворителе от их исходной концентрации 0,0399% (мас.) или 0,0508% (мас.) наноструктурных частиц серебра в неполярном растворителе (например, в изооктане), при температуре 20-25°C, полученного по примеру 1 или 2.

На втором этапе поочередно отдельно приготавливают 0,1-0,3% (например, 0,1%, или 0,2%, или 0,3% мас.) раствора акрилового полимера в неполярном растворителе и 0,1-0,4% (мас.) раствора кремнийорганических соединений с pH≤8,0 в неполярном растворителе при температуре 20-25°C.

На третьем этапе для получения бинарной смеси гидрофобизированного стабилизатора приготовленные на втором этапе растворы тщательно перемешивают между собою мешалкой со скоростью до 60 об/мин до получения однородного коллоидного раствора при соотношении масс 1:1 при температуре 20-25°C. Смесь готова к применению.

На четвертом этапе для получения композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе акрилового полимера в неполярном растворителе, например, к 1000 мл мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра в изооктане с концентрацией 0,37-2,0% (например, 0,37%, или 0,5%, или 1,0%, или 1,5%, или 2,0% (мас.) наностуктурных частиц серебра от их исходной концентрации 0,0399-0,0508% (мас.), полученного по примеру 1 или 2, добавляют 0,1%, или 0,2%, или 0,3% (мас.) раствора акрилового полимера в неполярном растворителе в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси в неполярном растворителе и тщательно перемешивают мешалкой со скоростью до 60 об/мин. Затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°C. Смесь готова к применению.

На пятом этапе для получения бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в бинарной смеси стабилизатора акрилового полимера и 0,1-0,4% (мас.) раствора кремнийорганических соединений в неполярном растворителе, например, к 1000 мл мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра в изооктане с концентрацией 0,37-2,0% (например, 0,37%, или 0,5%, или 1,0%, или 1,5%, или 2,0% (мас.) наностуктурных частиц серебра от их исходной концентрации 0,0399-0,0508% (мас.), полученного по примеру 1 или 2, добавляют 0,1%, или 0,2%, или 0,3% (мас.) бинарную смесь приготовленного заранее 0,1-0,3% (например, 0,1%, или 0,2%, или 0,3% мас.) раствора акрилового полимера в неполярном растворителе и 0,1-0,4% (мас.) раствора кремнийорганических соединений с pH≤8,0 в неполярном растворителе при их соотношении масс 1:1 в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси, и тщательно перемешивают мешалкой со скоростью до 60 об/мин. Затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°C. Смесь готова к применению.

Пример 6. Получение композиции бинарной коллоидной смеси водного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе:

На первом этапе поочередно приготавливают расчетное количество 0,37-2,0% мас. водного раствора наностуктурных частиц серебра (например, 0,37%, или 0,5%, или 1,0%, или 1,5%, или 2,0% (мас.) в дистиллированной воде от их исходной концентрации 0,0399% (мас.), или 0,0508% (мас.) наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии, при температуре 20-25°C, полученного по примеру 3 или 4.

На втором этапе поочередно отдельно приготавливают 0,1-0,3% (например, 0,1%, или 0,2%, или 0,3% мас.) водный раствор гидроксилсодержащего полимера, или водный раствор акриловых полимеров или сополимеров, или бинарной смеси 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.), или водного раствора акриловых полимеров или сополимеров при соотношении мас. % 1:1, при температуре от 50°C до 60°С. Затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°C.

На третьем этапе приготавливают 0,1-0,4% (мас.) водный раствор кремнийорганических соединений с pH≤8,0, например, силоксаны или силиконаты, от массы бинарной смеси водного раствора стабилизатора при температуре 20-25°C;

На четвертом этапе производят смешивание 0,37-2,0% (мас.) водных растворов наноструктурных частиц серебра с 0,1-0,3% (мас.) с водным раствором гидроксилсодержащего полимера, или водным раствором акриловых полимеров или сополимеров, или с бинарной смесью 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.) водного раствора акриловых полимеров или сополимеров при соотношении мас. % 1:1, в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси при температуре от 50°C до 60°C, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°C.

На пятом этапе производят смешивание 0,37-2,0% (мас.) водных растворов наноструктурных частиц серебра с 0,1-0,3% (мас.) водным раствором гидроксилсодержащего полимера, или водным раствором акриловых полимеров или сополимеров, или бинарной смесью 0,1-0,3% (мас.) гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3% (мас.) водного раствора акриловых полимеров или сополимеров при соотношении мас. % 1:1 в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси с 0,1-0,4% (мас.) водном раствором кремнийорганических соединений, например, силоксаны или силиконаты, в количестве 1,5-2,5% мас. от массы бинарной смеси при температуре от 50°C до 60°C. Затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°C.

Для эффективного применения разработанных вариантов заявляемой композиции в ходе проведенных исследований были изучены физические параметры водной дисперсии бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе с применением: - методов контроля оценки достоверности содержания в составе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе с использованием двухлучевого спектрофотометра УФ- и видимой области «HELIOS ALPHA» (Великобритания) с микропроцессорной системой управления;

- методов контроля оценки достоверности содержания стабилизированных наноструктурных частиц серебра в составе препаратов с использованием аналитического трансмиссионного электронного микроскопа LE0912 Л В OMEGA, электронного микроскопа Hitachi Н700 (Япония) и слайд-сканера Epson Perfection 4990 PHOTO;

метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), на плазменном приборе ICAP-6500 Duo (England), программное обеспечение ITEVA.

Наличие в составе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра в стабилизаторе определяли методом спектрального анализа в области 400-425 нм с использованием двухлучевого спектрофотометра «HELIOS ALPHA» (Великобритания) [ТУ 9185-025-87552538-12 «Концентрат коллоидного серебра в водной дисперсии». - М.: ООО «Инбиофарм», 2012. - 16 с.].

Наличие в составе бинарной коллоидной смеси ионов серебра в стабилизаторе определяли методом спектрального анализа в области 465-490 нм с использованием двухлучевого спектрофотометра «HELIOS ALPHA» (Великобритания) [Пятницкий И.И., Сухан В.В. Аналитическая химия серебра / И.И. Пятницкий, В.В. Сухан. - М.: Наука, 1975. - 264 с.].

Наличие в составе бинарной коллоидной смеси общего содержания серебра определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), на плазменном приборе ICAP-6500 Duo (England), программное обеспечение ITEVA [Деменьтева О.В., Филиппенко М.А., Андреева Т.Н. и др. Рос. Нанотехнологии 2012. Т7 №9 - 10. - С. 54-63; Sedukh Е.М., Dementeva О. V., Rudoy V.M., et aii // Book of abstrakts ESAS 2014, 16-21 March. Prague, Czech Republic, - P. 231].

Согласно разработанным методикам наличие и концентрацию стабилизированных поливиниловым спиртом (ПВС) наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в составе бинарной коллоидной смеси определяли по величине оптической плотности в максимуме полосы поглощения для исследуемых следующих вариантов, в соответствии с приведенным в описании примером 6:

- вариант 1: 0,37% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) в стабилизаторе с 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси;

- вариант 2: 0,5% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) в стабилизаторе с 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси;

- вариант 3: 1,0% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) в стабилизаторе с 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси;

- вариант 4: 1,5% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) в стабилизаторе с 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси;

- вариант 5: 2,0% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) в стабилизаторе с 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси.

На первом этапе поочередно приготавливают расчетное количество 0,37-2,0% мас. водного раствора наностуктурных частиц серебра (например, 0,37%, или 0,5%, или 1,0%, или 1,5%, или 2,0% (мас.) в дистиллированной воде от их исходной концентрации 0,0399% (мас.), или 0,0508% (мас.) наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии, при температуре 20-25°C, полученного по примеру 3 или 4.

Общее содержание серебра в ионной и металлической форме в составе бинарной коллоидной смеси с применением метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), на плазменном приборе ICAP-6500 Duo (England), программное обеспечение ITEVA, определяли для исследуемых следующих вариантов, в соответствии с приведенным этапом, описанным в примере 6.

- вариант 1: 0,37% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.);

-вариант 2: 2,0% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.).

Результаты качественного и количественного контроля наличия в водном растворе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе и их концентрация, для получаемых вариантов с использованием двухлучевого спектрофотометра УФ- и видимой области «HELIOS ALPHA» (Великобритания) показаны на фиг.1-6,

где фиг. 1 - зависимость поглощения света 2,0% водным раствором коллоидной смеси нестабилизированных наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в полосе спектра волн в области 400-425 нм и ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) (прототип),

1 - спектральная характеристика 2,0 % водного раствора нестабилизированных наноструктурных частиц серебра в полосе спектра волн в области 400-425 нм;

2 - спектральная характеристика 2,0 % водного раствора нестабилизированных ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм;

фиг. 2 - зависимость поглощения света 0,37% водным раствором бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм и ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) (вариант 1),

1 - спектральная характеристика 0,37% водного раствора стабилизированных наноструктурных частиц серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм;

2 - спектральная характеристика 0,37% водного раствора стабилизированных ионов серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 465-490 нм;

фиг. 3 - зависимость поглощения света 0,5% водным раствором бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм и ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) (вариант 2),

1 - спектральная характеристика 0,5% водного раствора стабилизированных наноструктурных частиц серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм;

2 - спектральная характеристика 0,5% водного раствора стабилизированных ионов серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 465-490 нм;

фиг. 4 - зависимость поглощения света 1,0% водным раствором бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм и ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) (вариант 3),

1 - спектральная характеристика 1,0% водного раствора стабилизированных наноструктурных частиц серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм;

2 - спектральная характеристика 1,0% водного раствора стабилизированных ионов серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 465-490 нм;

фиг. 5 - зависимость поглощения света 1,5% водным раствором бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм и ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) (вариант 4),

1 - спектральная характеристика 1,5% водного раствора стабилизированных наноструктурных частиц серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм;

2 - спектральная характеристика 1,5% водного раствора стабилизированных ионов серебра в стабилизаторе ПВС в полосе видимого спектра волн в области 465-490 нм;

фиг. 6 - зависимость поглощения света 2,0% водным раствором бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм и ионов серебра в полосе спектра волн в области 465-490 нм от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) (вариант 5),

1 - спектральная характеристика 1,5% водного раствора стабилизированных наноструктурных частиц серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 400-425 нм;

2 - спектральная характеристика 1,5% водного раствора стабилизированных ионов серебра в стабилизаторе ПВС в полосе спектра волн в области 465-490 нм.

Как видно из представленных графиков, наличие в водном растворе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра, стабилизированных 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси, характеризуется проявлением максимума полосы поглощения света в области 400-425 нм, характерной для наноструктурных частиц серебра, полученных из исследуемых вариантов водных растворов, что хорошо согласуется с известными литературными данными для синтезированных другими методами наноструктурных частиц серебра.

В отличие от наноструктурных частиц серебра, наличие в водном растворе бинарной коллоидной смеси ионов серебра, стабилизированных 0,2% водным растворов ПВС в количестве 2,0% от массы бинарной смеси, характеризуется проявлением максимума полосы поглощения света в области 465-490 нм.

В результате исследования общего содержания серебра в ионной и металлической форме в составе бинарной коллоидной смеси с применением метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), на плазменном приборе ICAP-6500 Duo (England), программное обеспечение ITEVA, было установлено, что:

- в приготовленном по варианту 1 0,37% водном растворе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) общее количество серебра составляет 2,13 мг/л бинарной коллоидной смеси;

- в приготовленном по варианту 2 2,0% водном растворе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) общее количество серебра составляет 11,54 мг/л бинарной коллоидной смеси, что не противоречит полученным результатам определения концентрации серебра в аналогичных вариантах методом контроля оценки достоверности содержания в составе бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с использованием двухлучевого спектрофотометра УФ- и видимой области «HELIOS ALPHA» (Великобритания) с микропроцессорной системой управления.

При исследовании содержания наноструктурных частиц серебра в составе препаратов с использованием аналитического трансмиссионного электронного микроскопа LE0912 Л В OMEGA, электронного микроскопа Hitachi Н700 (Япония) и слайд-сканера Epson Perfection 4990 PHOTO их изучение проводили в приготовленных 4-х составах 2,0% водного раствора бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированных 0,1-0,3% водным растворов ПВС в количестве 2,5% от массы бинарной смеси:

- прототип - 2% водный раствор нестабилизированных наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной ее концентрации 0,0508% (мас.), приготовленный в соответствии с приведенным примером 6;

- вариант 1-2% водный раствор наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной ее концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированный 0,1% раствором ПВС в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси, приготовленный в соответствии с приведенным примером 4;

- вариант 2-2,0% водный раствор наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной ее концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированный 0,2% раствором ПВС в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси, приготовленный в соответствии с приведенным примером 4;

- вариант 3-2% водный раствор наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной ее концентрации 0,0508 % (мас.), стабилизированный 0,3% раствором ПВС в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси, приготовленный в соответствии с приведенным примером 4.

Размеры наноструктурных частиц серебра и их распределение в исследуемом варианте водного раствора препаратов изучали с использованием аналитического трансмиссионного электронного микроскопа LE0912 ABOMEGA с разрешением 0,3 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ и электронного микроскопа Hitachi Н700 (Япония) с разрешением 0,5 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ.

Для изучения вышеуказанных характеристик исследуемых четырех вариантов растворов приготавливали препараты по стандартному для этой задачи методу.

Полученные препараты изучали и фотографировали в электронном микроскопе Hitachi Н700 (Япония). На фиг. 7-10 приведены фотографии исследуемых вариантов наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии, где:

фиг. 7 - фотоизображение примера распределения 2,0% водного растворах наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.) (прототип), электронный микроскоп Hitachi Н700 (Япония) с разрешением 0,5 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ;

фиг. 8 - фотоизображение примера распределения 2,0% водного растворах наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированных 0,1% раствором поливинилового спирта в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси (вариант №1), электронный микроскоп Hitachi Н700 (Япония) с разрешением 0,5 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ;

фиг. 9 - фотоизображение примера распределения 2,0% водного растворах наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508 % (мас.), стабилизированных 0,2% раствором поливинилового спирта в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси (вариант №2), электронный микроскоп Hitachi Н700 (Япония) с разрешением 0,5 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ;

фиг. 10 - фотоизображение примера распределения 2,0% водного растворах наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированных 0,3% раствором поливинилового спирта в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси (вариант №3), электронный микроскоп Hitachi Н700 (Япония) с разрешением 0,5 нм при ускоряющем напряжении 100 кВ.

Для дальнейшей обработки негативы сканировали в монохромном режиме с разрешением 1200 точек на дюйм (472 точки на сантиметр) и глубиной представления цвета 16 бит. Сканирование осуществляли с помощью слайд-сканера Epson Perfection 4990 PHOTO. Точное увеличение микроскопов определяли с помощью препарата частиц латекса диаметром 262 нм.

Размеры частиц определяли двумя различными способами: на полученных изображениях с использованием стандартной программы Statistika и непосредственно в аналитическом микроскопе LE0912 АВ OMEGA с помощью встроенной программы EsiVision.

В процессе изучения наноструктурных частиц коллоидного серебра определяли их наличие в водном растворе и их распределение по размерам (min, max, mean) в исследуемых вариантах растворов.

Анализ полученных результатов позволил установить следующие геометрические размеры наноструктурных частиц серебра в исследуемых 4-х вариантах композиции.

Диапазон распределения 2,0% водного раствора нестабилизированных наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.), полученного в соответствии с технологией, описанной в примере 4, и выбранного в качестве прототипа, лежит в пределах от 12,7 до 37,3 нм, причем средний размер частиц составляет 24,42 нм.

Диапазон распределения 2,0% водного раствора наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированных 0,1% раствором ПВС в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси, полученного в соответствии с технологией, описанной в примере 6 по варианту 1, лежит в пределах от 10,4 до 36,1 нм, причем средний размер частиц составляет 24,16 нм.

Диапазон распределения 2,0% водного раствора наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированных 0,2% раствором ПВС в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси, полученного в соответствии с технологией, описанной в примере 6 по варианту 2, лежит в пределах от 2,0 до 32,67 нм, причем средний размер частиц составляет 23,25 нм.

Диапазон распределения 2,0% водного растворах наноструктурных частиц коллоидного серебра от исходной его концентрации 0,0508% (мас.), стабилизированных 0,3% раствором ПВС в количестве 2,5% мас. от массы бинарной смеси, полученного в соответствии с технологией, описанной в примере 6 по варианту 3, лежит в пределах от 14,3 до 34,16 нм, причем средний размер частиц составляет 25,63 нм.

Таким образом, в результате проведенных исследований по разработке и созданию бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе нами получены документальные подтверждения, описывающие процесс контроля на наноуровне (микрофотографии и др.) нанотехнологических переделов (формируемых в водном растворе бинарной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе) в технологическом процессе их производства.

Для подтверждения биологической эффективности заявляемого средства, обладающего антимикробным и антитоксическим действием, и способа получения композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе нами были проведены лабораторные испытания образцов композиции на уровне in vitro с определением их антимикробной и антитоксической активности.

Изучение антимикробной активности композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе проводили для 5-ти концентраций наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии композиции с концентрацией 0,37%, 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.) методом диффузии в агар (лунки) в соответствии с ГФ XII (Метод диффузии в агар ОФС 42-0068-07) и Практикумом по микробиологии под редакцией А.И. Нетрусова. - М.: Издательский цент «Академия», 2005. - 606 с.

Метод основан на способности антибиотических веществ диффундировать в агаризованные среды и образовывать зоны, в которых не растут тест-организмы. Величина зоны отсутствия роста указывает на степень активности данного антибиотического вещества в отношении тест-организма.

Антимикробную активность образцов композиции испытывали на Тест-культурах:

- грамположительные - Micrococcus flavus и споровые Bacillus mycoides;

- грамотрицательные - Escherichia coli 113/3;

- микроскопические грибы - Aspergillus niger и Penicillium chrysogenum (коллекция кафедры микробиологии МГУ имени М.В. Ломоносова).

Бактерии выращивали на МПА, микромицеты выращивали на среде Сабуро следующего состава (г/л): 40,0; пептон - 10,0; агар - 20,0; левомицетин - 2,5%.

В качестве контроля использовали образцы наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии, изготовленные в соответствии с приведенным в описании изобретения примером №2 (прототип) с концентрацией наноструктурных частиц серебра от 0,37% до 2,0% от исходной их концентрации 0,0508% (мас.):

- образец №1, С=0.37%;

- образец №2, С=0.50%;

- образец №3, С=1.0%;

- образец №4, С=1.5%;

- образец №5, С=2.0%.

В качестве опытных испытывали образцы композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе, изготовленные в соответствии с приведенным в описании изобретения примером №6 с концентрацией наноструктурных частиц серебра от 0,37% до 2,0% от исходной их концентрации 0,0508% (мас.):

- образец №1, С=0.37%;

- образец №2, С=0.50%;

- образец №3, С=1.0%;

- образец №4, С=1.5%;

- образец №5, С=2.0%.

Изготовление лунок в агаре производили следующим образом.

Тест-культуры, предварительно выращенные на косяках в агаровых средах, смывали с косяков физраствором для получения бактериальной суспензии с количеством клеток 1×10⁹ (ОП=0,9 светофильтр №6, кювета 10) или по отраслевому стандартному образцу мутности (ОСО мутности), вырабатываемому ГОСНИИ стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л.А. Тарасевича, г. Москва.

Суспензию вносили в МПА (для бактериальных культур) или среду Сабуро (для микромицетов) и разливали в чашки Петри слоем 20 мл.

Стерильным металлическим сверлом (предварительно обработанным 70%-ным спиртом и фломбированным в пламени горелки) в застывшей агаровой среде с тест-культурой делали лунки диаметром 7 мм.

Методика определения спектра действия образцов композиции

В лунки агара с тест-культурой, подготовленные по описанной выше методике, добавляли по 900 мкл каждого из исследуемых образцов. Для изучения спектра антимикробного действия использовано 2 серии образцов (протип и опытную) в 5-ти концентрациях каждая и в повторностях не менее 3-х. В качестве контроля была использована стерильная дистиллированная вода (объем 900 мкл), также инокулированная в лунку. После суточного инкубирования при оптимальных для роста культур температурах (37°C - для бактерий Micrococcus flavus и Bacillus mycoides, 42°C - для E. coli, а для грибов Aspergillus niger и Penicillium chrysogenum - 28°C) и в течение последующих 6 суток проводили замеры размеров диаметров ингибирования роста тест-культур относительно лунок с исследуемыми образцами.

Сравнивали антимикробное действие исследуемых образцов с активностью препаратов антибиотиков. Были использованы индикаторные бумажные диски, пропитанные антибиотиками. Для грамположительных бактерий (Micrococcus flavus и Bacillus mycoides) использовали диски с ристомицином (25 мкг) - антибиотиком, относящимся к группе полициклических гликопептидов, действие которого направлено на подавление синтеза нуклеиновых кислот. Ристомицин широко применяется для лечения инфекций, вызываемых грамположительными бактериями. В отношении грамотрицательных (Escherichia coli 113/3) были использованы диски с левомицетином (30 мкг), который относится к семейству ароматических антибиотиков. Левомицетин (хлорамфеникол) подавляет синтез белка, имеет широкий спектр бактерицидного действия, но не подавляет рост и развитие микромицетов. Этот антибиотик широко применяется в медицинской практике. В отношении микромицетов (Aspergillus niger и Penicillium chrysogenum) были использованы диски с нистатином (15 мкг), относящимся к семейству полиеновых антибиотиков, которые обладают фунгицидным действием.

По результатам испытаний были установлены значения ингибирования роста Penicillium chrysogenum, Bacillus mycoides, Escherichia coli 113/3, Aspergillus niger и Penicillium chrysogenum на агаризованной среде исследуемыми образцами (1-5) композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии в стабилизаторе (серия опыта 2) и композиции водного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов (серия опыта 1, прототип) в течение 1-6 суток в зависимости от концентрации в образцах наноструктурных частиц серебра равной 0,37-2,0% от исходной их концентрации 0,0508% (мас.) по сравнению с прототипом и контролем антибиотиков Ристомицин, Левомицетин и Нистатин.

Результаты испытаний представлены в таблицах 1-5.

В результате испытаний разработанных вариантов композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе и известной композиции нестабилизированных наностуктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии (прототип) по вышеуказанной методике определения спектра действия исследуемых композиций с концентрацией от 0,37% до 2,0% от исходной их концентрации равной 0,0508% (мас.) методом диффузии в агар (лунки) было установлено, что практически все испытываемые 5 концентраций заявляемой композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе по своей антибактериальной и фунгицидной активности значительно превосходят по значениям антибактериальную и фунгицидную активности прототипа и активность всех контрольных значений исследуемых антибиотиков на протяжении всех 6-ти суток наблюдения.

Необходимо отметить тот факт, что преимущество активности заявляемой композиции (серия опыта 2) перед активностью прототипа (серия опыта 1) и известных антибиотиков объективно подтверждается значениями ингибирования тест - культур на агаризованной среде с 1-х по 6-е сутки наблюдения включительно.

Так, было установлено, что в первые 3 суток все концентрации (от 0,37% до 2,0%) заявляемой композиции ингибируют рост всех исследуемых тест-организмов на уровне ингибирования применяемых известных антибиотиков. Начиная с 4-х суток до окончания испытаний (6 суток) все 5 испытываемых концентраций композиции по активности ингибирования тест-культур не снижают уровень эффективности концентраций композиции, установленных в первые 3-е суток, в то время кода применяемая композиция прототипа значительно уступает по своей активности заявляемой композиции стабилизированных наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе ПВС, а применяемые антибиотики Нистатин для ингибирования Penicillium chrysogenum, Левомицетин для ингибирования E. coli 113/3 и Ристомицин для ингибирования Micrococcus flavus полностью утрачивают антимикробную активность, в результате чего на контрольных чашках Петри с этими вариантами происходит вторичный рост тест-культур.

Таким образом, экспериментально установленные факты антибактериальной и фунгицидной актиивности образцов композиций (1-5), исследованных в лабораторных условиях на тест-культурах в агаризованной среде, безусловно подтверждают технический результат преимущества заявляемой композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе, обладающей антимикробным действием способа ее получения перед известной композицией нестабилизированных наностуктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии, выбранной в качестве прототипа.

Результаты испытаний антитоксического действия композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе

Эффективность антитоксического действия (каталитических свойств) бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе изучалась в процессе моделирования очистки воздуха летучих углеводов (тестовых загрязнителей воздуха: паров ацетона и углекислого газа), растворенных в воздушной среде изолированного герметичного бокса по разработанной методике на созданном специальном лабораторном контрольно-измерительном комплексе [патент на изобретение РФ №2400286 от 13 марта 2009, опубл. 27.09.2010 Бюл. №27. Фильтрующий материал для очистки жидких и газообразных веществ и способ его получения] при фильтрации загрязнителей воздуха пористым носителем (картриджем) воздушного фильтра с заранее нанесенным на его поверхность активным катализатором в виде бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе с заданной концентрацией.

Модификация фильтрующего материала наноструктурными частицами серебра на практике осуществляется с помощью заявляемого способа.

При экспериментальной отработке вариантов фильтрующего материала использовали:

- в качестве пористой основы - синтетический нетканый гидрофобный рулонный материал [ГОСТ R 51251-99, CENEN 779-1993; CENEN 1822-1998] марки ФМ - 3Х, h=15 мм, класс очистки G3, тип волокна полиэфир;

- в качестве активного катализатора:

- вариант 1. 2% мицеллярный раствор бинарной не стабилизированной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), полученная по примеру 1 (прототип);

- вариант 2. 2% водный раствор бинарной не стабилизированной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра, полученной по примеру 1 (прототип);

- вариант 3. 2% мицеллярный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированной 0,2% раствором акрилового полимера в неполярном растворителе в количестве 2,0% мас. от массы бинарной смеси, полученная по примеру 5;

- вариант 4. 2% мицеллярный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированной 0,2% раствором лака уретан-алкидного по ТУ 2311-069-13238275-2008 в неполярном растворителе и 0,3% (мас.) раствором гидрофобизатора КО-85 (Кремнийорганический термостойкий лак) ГОСТ 11066-74, с изм. 1-4) в неполярном растворителе при их соотношении масс 1:1 в количестве 2,0% масс от массы бинарной смеси, полученная по примеру 5;

- вариант 5. 2% водный раствор бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированной 0,2% водным растворов ПВС марки 11/2, 16/1, сорт высший или первый, ГОСТ 10779-78 в количестве 2,0% от массы бинарной смеси, полученный по примеру 6.

Модификацию фильтрующего материала наноструктурными частицами серебра и ионами серебра производили согласно заявляемому изобретению.

Варианты примеров конкретного выполнения способа получения фильтрующего материала:

Пример 1 (прототип). Готовят 1 л мицеллярного или водного раствора наночастиц серебра с концентрацией 2% мицеллярного или водного раствора бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.). Для нанесения на пористый носитель фильтрующего материала бинарной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра (катализатор) помещают пластину из синтетического нетканого материала марки ФМ - 3Х, класс очистки G3, h=15 мм, размером 330×330 мм при температуре 20-25°C в подготовленный водный или мицеллярный раствор и выдерживают при этой температуре в течение 1 часа. Далее пластину сушат при 40-50°C в течение 3-4 часов. Картридж с нанесенным на его поверхность катализатором готов к применению.

Пример 2. В соответствии с приведенным в описании заявки примером 5 готовят 1 л 2% мицеллярного раствора бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированной 0,2% раствором акрилового полимера в неполярном растворителе в количестве 2,0% мас. от массы бинарной смеси.

В приготовленный раствор помещают пластину из нетканого материала марки ФМ - 3Х, класс очистки G3, h=15 мм, размером 330×330 мм и пропитывают пористую основу материала в течение 5-10 мин при температуре плюс 20-25°С, далее высушивают при температуре плюс 60-70°C в течение 3-4 час до установления его постоянной массы. Картридж с нанесенным на его поверхность катализатором готов к применению.

Пример 3. В соответствии с приведенным в описании заявки примером 5 готовят 1 л 2% мицеллярного раствора бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированной 0,2% раствором лака уретан-алкидного по ТУ 2311-069-13238275-2008 в неполярном растворителе и 0,3% (мас.) раствором гидрофобизатора КО-85 (Кремнийорганический термостойкий лак) ГОСТ 11066-74, с изм. 1-4) в неполярном растворителе при их соотношении масс 1:1 в количестве 2,0% мас. от массы бинарной смеси. Далее технологические операции проводят аналогично примеру 2.

Пример 4. В соответствии с приведенным в описании заявки примером 5 готовят 1 л 2% водного раствора бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра от исходной концентрации наноструктурных частиц серебра 0,0508% (мас.), стабилизированной 0,2% водным растворов ПВС марки 11/2, 16/1, сорт высший или первый, ГОСТ 10779-78 в количестве 2,0% от массы бинарной смеси. Далее технологические операции проводят аналогично примеру 2 или 3.

Эффективность фильтрации или фильтрующую способность изготовленных вариантов фильтрующего материала для очистки воздуха от тестовых загрязнителей воздуха проводили на примере очистки воздуха от смеси ОСЧ ацетона и углекислого газа на специальном лабораторно-измерительном комплексе.

Комплекс состоит из следующих частей:

- герметичного бокса объемом 200 литров, выполненного из нержавеющей стали;

- компьютера, осуществляющего регистрацию и отображения сигналов сенсора в реальном масштабе времени.

В боксе размещен электронагреватель для испарения жидкого тестового вещества.

В боковой стенке бокса имеются штуцеры для ввода в бокс газообразных тестовых загрязнителей и подключения внешнего сенсора газов.

Для измерения концентрации летучих углеводов в процессе испытаний применяются стационарные газоанализаторы серии «ИГС- 98», производства ФГУП НПП «ДЕЛЬТА». Необходимые для испытаний газовые сенсоры подключаются к системе регистрации данных контрольно-измерительного комплекса.

Для регистрации концентрации углекислого газа использовался внешний оптический инфракрасный газовый сенсор ИГС-016-00, имеющий встроенный микропроцессор для рециркуляции воздуха из бокса. Диапазон измерения относительной концентрации углекислого газа 0-1%. Точность измерения сенсора ± 0,1%.

Для регистрации концентрации паров ацетона использовался газовый термокаталитический сенсор углеводородов.

Предварительно термокаталитический сенсор углеводородов был откалиброван в испытательном боксе на парах ОСЧ ацетона (мВ/мГ). Точность измерения сенсора ± 10%.

Все газоанализаторы сертифицированы в Российской Федерации и прошли государственную поверку.

Вне бокса размещены блок питания и обработки сигналов газовых сенсоров и электронный блок обработки сигналов и связи с компьютером.

В качестве экспериментального образца очистителя воздуха использовался доработанный серийно выпускаемый корпус с вентилятором от фотокаталитического воздухоочистителя «Aero Barrier», модель AP270FC.

В доработанный корпус воздухоочистителя «Aero Barrier» устанавливались последовательно изготовленные варианты фильтрующего материала (см. примеры 1-4) в качестве воздушного картриджа, подвергающегося испытаниям.

Воздухоочиститель с установленным вариантом картриджа помещался в бокс.

Воздухоочиститель включался, устанавливался режим работы его вентилятора ВОЗДУХООБМЕН СРЕДНИЙ (О~150 м³/час), после чего бокс закрывался. Включалось все остальное оборудование.

Через некоторое время (~10 мин) в бокс через воздушный штуцер производился впрыск бинарной смеси тестовых загрязняющих веществ: углекислого газа и ОСЧ ацетона.

В процессе проведения эксперимента деструкция загрязняющих веществ происходит при нормальных атмосферных условиях при продувании газовой смеси через нанокаталитическую пористую мембрану (картридж) вентилятором воздушного фильтра.

В течение ~ 1,5…3,5 часов производится регистрация и автоматическая запись в память компьютера показаний сенсоров с начала включения фильтра падения концентрации тестового загрязняющего вещества в боксе, во времени. Регистрация и запись показаний сенсоров производится в течение заданного времени с точностью измерения 1 с.

При этом регистрируется уменьшение уровня концентрации тестового загрязняющего вещества в процессе глубокой деструкции загрязняющего вещества на простейшие составляющие молекулы: (C, H₂, O₂).

Скорость деструкции летучих углеводородов представляется изменением величины относительной концентрации во времени: %/час, и пересчитывается в абсолютные величины, мг/час.

Таким образом, при проведении испытаний изготовленных вариантов фильтрующего материала для очистки воздуха получали эффективность работы каждого варианта изготовленного картриджа по деструкции тестовых загрязняющих веществ во времени.

Результаты оценки эффективности очистки воздуха воздухоочистителем от тестовых загрязняющих веществ, в частности смеси углекислого газа и паров ОСЧ ацетона, исследуемыми картриджами, выполненными с применением катализаторов на основе заявляемой композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе и наноструктурных частитц серебра (прототип) приведены в таблице 6.

В результате проведенных лабораторных испытаний изготовленных вариантов фильтрующего материала для очистки воздуха установлено следующее.

При работе воздухоочистителя у всех вариантов фильтрующего материала, полученного в соответствии с заявляемым способом их получения, в течение заданного времени фильтрации воздуха происходит значительное уменьшение в воздухе концентрации тестовых загрязняющих веществ углекислого газа и паров ОСЧ ацетона от первоначально созданной в боксе концентрации. При работе экспериментальных образцов воздухоочистителя происходит значительное уменьшение концентрации углеводородов по ацетону от первоначально созданной в камере концентрации со скоростью деструкции 7,2-10,9 мг/час, а так же происходит значительная деструкция углекислого газа со скоростями 230-498 мг/час, при начальных концентрациях ~ 0,25% CO₂ (у всех испытываемых вариантов фильтрующего материала его геометрические размеры составляли 330×330 мм), что превосходит уровень очистки, например, существующего парка воздухоочистителей фотокаталитического типа по ацетону, и не имеет аналогов по углекислому газу:

MIDEA, модель KJ180-T, производство Китай;

DAIKIN, модель MC704VM, производство Япония;

BORK, модель APRJH1515SI, производство Германия;

VITEK, модель VT-1775, производство Австрия;

NHW, модель 968, производство Китай.

При этом, деструкция каждого загрязнителя происходит по схеме, идентичной деструкция моно загрязнителя, то есть эффективность работы фильтрующего материала мало зависит от количества загрязняющих веществ в воздухе без влияния процесса деструкции одного вещества на другое.

Проведенные испытания показали высокую эффективность каталитических свойств бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра, стабилизированных на пористом носителе картриджа воздушного фильтра заявляемым способом.

Таким образом, на основании приведенных собственных результатов исследования и сравнения их с известными результатами исследования антимикробной и антитоксической активности известных композиций на основе наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водных дисперсиях, можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день из числа разрабатываемых инновационных композиций наиболее перспективным для защиты от современных инфекционных загрязнителей окружающей среды и человека и предупреждения развития его заболеваний являются разработанная авторами безопасная композиция бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе, обладающая антимикробным и антитоксическим действием. По химическому составу разработанная форма композиции представляет собою бинарную водную однородную жидкость гомогенной суспензии коллоидного серебра, содержащей в своем составе смесь коллоидного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов (катионов) серебра в мицелярном растворе или водной дисперсии, восстановитель, стабилизатор, неполярный растворитель или дистиллированную воду.

Обладая одновременно каталитическим и дезинфицирующим (бактерицидным, фунгицидным и вирулицидным) действиями, применение разработанной композиции создает настоящий барьер для предотвращения загрязнения поверхностей объектов и окружающей их воздушной среды от токсических примесей и микробиологических загрязнений, защищая тем самым организм человека от патогенных химически- и биологически опасных загрязнений.

Как следует из приведенных выше примеров, настоящее изобретение позволяет получать экологически безопасные стабильные бинарные коллоидных смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в присутствии стабилизаторов с заданной формой, размерами и концентрацией смеси наноструктурных частиц и ионов серебра в органической и водной дисперсиях, обладающих одновременно антимикробным и антитоксическим действием.

Таким образом, изобретение обеспечивает достижение технического результата.

Настоящее изобретение может быть использовано для получения композиции бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в неполярном растворителе и водной дисперсии с размерами структурных образований порядка нанометров и менее в присутствии полимерных стабилизаторов, обладающих антимикробным и антитоксическим действием, которые могут служить эффективными катализаторами, в качестве антимикробного и антитоксического средства при изготовлении фильтрующих устройств для очистки питьевой воды и воздуха, а также для изготовления нанокомпозитных и метало-полимерных материалов для создания технологических приемов и средств, связанных с материаловедением, химией, физикой, биологией, механикой и многими другими областями науки и техники.

Изобретение может быть использовано в медицине, фармакологии, сельском хозяйстве, в производстве фильтрующих материалов. Композиция, обладающая антимикробным и антитоксическим действием, содержит бинарную смесь коллоидного раствора наноструктурных частиц серебра с размером частиц 2-100 нм и ионов серебра, стабилизатор и растворитель. В качестве растворителя используют неполярный растворитель из группы предельных углеводородов, таких как н-гексан, или н-гептан, или н-октан, или н-декан, или циклогексан, или изооктан, или воду дистиллированную, или воду деионизированную. В качестве стабилизатора композиция содержит водный раствор гидросодержащего полимера в виде поливинилового спирта, или хитина, или хитозана, или целлюлозы, или амилозы, или 2-гидроксиэтилметакрилата, или раствор акрилового полимера или сополимера в неполярном растворителе, или водный раствор акрилового полимера или сополимера, или бинарную смесь гидроксилсодержащего полимера и водного раствора акрилового полимера или сополимера. Композиция дополнительно содержит раствор гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений в виде силоксанов или силиконатов с рН≤8,0 в водной дисперсии или в неполярном растворителе с рН ≤8,0. Изобретение позволяет получить экологически безопасные стабильные бинарные коллоидные смеси, обладающие высокой биологической активностью. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил., 6 табл., 6 пр.

1. Композиция, обладающая антимикробным и антитоксическим действием, содержащая серебро, стабилизатор и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве серебра содержит бинарную смесь коллоидного раствора наноструктурных частиц серебра с размером частиц 2-100 нм и ионов серебра, а в качестве растворителя содержит неполярный растворитель из группы предельных углеводородов: н-гексан, или н-гептан, или н-октан, или н-декан, или циклогексан, или изооктан, или воду дистиллированную, или воду деионизированную, в качестве стабилизатора содержит водный раствор гидросодержащего полимера в виде поливинилового спирта, или хитина, или хитозана, или целлюлозы, или амилозы, или 2-гидроксиэтилметакрилата, или раствор акрилового полимера или сополимера в неполярном растворителе, или водный раствор акрилового полимера или сополимера, или бинарную смесь гидроксилсодержащего полимера и водного раствора акрилового полимера или сополимера и дополнительно содержит раствор гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений в виде силоксанов или силиконатов с рН≤8,0 в водной дисперсии или в неполярном растворителе с рН ≤8,0.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве серебра содержит концентрат бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в неполярном растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.%:
наноструктурные частицы серебра 0,0399-0,0508 ионы серебра 0,0291-0,0412 неполярный растворитель - остальное до 100

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве серебра содержит концентрат бинарной коллоидной смеси водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра при следующем соотношении компонентов, мас.%:
наноструктурные частицы серебра 0,0399-0,0508 ионы серебра 0,0291-0,0412 вода - остальное до 100

4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве серебра содержит концентрат бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в неполярном растворителе, а в качестве стабилизатора содержит раствор акрилового полимера или бинарную смесь раствора акрилового полимера и раствора гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений с рН ≤8,0 в неполярном растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.%:
концентрат бинарной коллоидной смеси   мицеллярного раствора наноструктурных частиц   серебра и ионов серебра в неполярном растворителе 0,37-2,0 0,1-0,3 мас.% раствор акрилового полимера   от массы бинарной смеси наноструктурных частиц серебра   в неполярном растворителе 1,5-2,5 0,1-0,4 мас.% раствор кремнийорганических   соединений в неполярном растворителе от массы бинарной   смеси наноструктурных частиц серебра в неполярном   растворителе 0,5-1,5 неполярный растворитель - остальное до 100

5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве серебра содержит концентрат бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии, а в качестве стабилизатора содержит водный раствор гидроксилсодержащего полимера, или водный раствор акрилового полимера или сополимера, или бинарную смесь гидроксилсодержащего полимера и водного раствора акрилового полимера или сополимера и водный раствор гидрофобизатора на основе кремнийорганических соединений с рН ≤8,0 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
концентрат бинарной коллоидной смеси   наноструктурных частиц серебра   и ионов серебра в водной дисперсии 0,37-2,0 0,1-0,3 мас.% водный раствор гидроксилсодержащего   полимера, или водный раствор акриловых полимеров   или сополимеров, или бинарная смесь 0,1-0,3 мас.%   гидроксилсодержащего полимера и 0,1-0,3 мас.%   водного раствора акриловых полимеров   или сополимеров при соотношении, мас.% 1:1 1,5-2,5 0,1-0,4 мас.% водный раствор кремнийорганических   соединений от массы бинарной смеси наноструктурных   частиц серебра в водной дисперсии 0,5-1,5 вода - остальное до 100

6. Способ получения бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в стабилизаторе путем восстановления ионов серебра в системе обратных мицелл, включающий приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя из группы флавоноидов в неполярном растворителе из группы предельных углеводородов: н-гексана, или н-гептана, или н-октана, или н-декана, или циклогексана, или изооктана, поверхностно-активного вещества бис-2-этилгексил сульфосукцината натрия и введение в нее ионов серебра в виде водного раствора соли серебра, при этом приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя наноструктурных частиц серебра ведут при перемешивании восстановителя и поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе при температуре 60-80°С с обратным холодильником с последующим охлаждением приготовленной смеси до температуры 20-25°С и фильтрацией, введение в нее ионов серебра проводят в виде водного раствора аммиачной соли серебра с получением обратномицеллярного раствора наноструктурных частиц на основе поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе, в который вводят дистиллированную воду, перемешивают, отстаивают и отделяют первичную водную смесь наноструктурных частиц от неполярного растворителя, отделенную первичную водную смесь наноструктурных частиц с наличием в ней избытка неполярного растворителя и поверхностно-активного вещества нагревают до температуры 50-60°С в течение 1-2 ч до полного отделения избытка неполярного растворителя, затем охлаждают до температуры 20-25°С и выдерживают при этой температуре в течение 24 ч для получения водной дисперсии наноструктурных частиц серебра, отличающийся тем, что молярную концентрацию восстановителя из группы флавоноидов доводят от 6,6∙10^-4 до 3,3∙10^-3 М в неполярном растворителе с молярной концентрацией поверхностно-активного вещества бис-2-этилгексил сульфосукцината натрия от 0,09 до 0,1 и вводят в нее ионы серебра в виде водного раствора соли серебра с молярной концентрацией от 3,7∙10^-2 до 5,0∙10^-2 М, при этом приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя наноструктурных частиц серебра ведут в течение 0,5-1,0 ч с последующим охлаждением приготовленной смеси до температуры 20-25°С и фильтрацией, а полученную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра повторно нагревают до 50-60°С и добавляют в нее 0,1-0,3% водного раствора стабилизатора ионов серебра в количестве 1,5-2,5 мас.% от массы бинарной смеси водной дисперсии, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при введении ионов серебра концентрацию водного раствора аммиачной соли серебра и концентрацию поверхностно активного вещества выбирают в зависимости от степени гидратации, изменяющейся от 5,0 до 8,0.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что перед отстаиванием в двухфазную систему добавляют при перемешивании дистиллированную или деионизированную воду в пропорции 1:1, полученную смесь переносят в разделительную колонну до получения слоя бинарной коллоидной смеси наноструктурных частиц серебра и ионов серебра в водной дисперсии, который сливают из нижней части колонны в отдельный накопитель.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при получении концентрата мицеллярного раствора в неполярном растворителе концентрацию наноструктурных частиц серебра доводят от 0,0399% до 0,0508%, а при получении концентрата водной дисперсии частиц серебра - от 0,0399% до 0,0508%.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что получение композиции бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0 мас.% наностуктурных частиц серебра в неполярном растворителе производят от исходной их концентрации, равной 0,0399-0,0508 мас.%, а в приготовленную бинарную коллоидную смесь обратномицеллярной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра добавляют 0,1-0,3 % раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5 мас.% от массы бинарной смеси в неполярном растворителе, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что получение композиции наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0 мас.% наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии производят от исходной их концентрации, равной 0,0399-0,0508 %, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра добавляют 0,1-0,3 % раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5 мас.% от массы бинарной смеси, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

12. Способ по п. 6, отличающийся тем, что получение композиции наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0 мас.% наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии производят от исходной их концентрации, равной от 0,0399 % до 0,0508 %, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра добавляют 0,1-0,3 % раствора гидроксилсодержащего полимера в количестве 1,5-2,5 мас.% от массы бинарной смеси, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

13. Способ по п. 6, отличающийся тем, что получение композиции бинарной коллоидной смеси мицеллярного раствора наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0 мас.% наностуктурных частиц серебра в неполярном растворителе производят от исходной их концентрации, равной 0,0399-0,0508 мас.%, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь обратномицеллярной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра поочередно добавляют 0,1-0,3 % раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5 мас.% от массы бинарной смеси в неполярном растворителе и 0,5-1,5 мас.% кремнийорганических соединений от массы бинарной смеси в неполярном растворителе, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.

14. Способ по п. 6, отличающийся тем, что получение композиции наноструктурных частиц серебра и ионов серебра с концентрацией 0,37-2,0 мас.% наноструктурных частиц серебра в водной дисперсии производят от исходной их концентрации, равной 0,0399-0,0508 %, и в приготовленную бинарную коллоидную смесь водной дисперсии наноструктурных частиц серебра и ионов серебра поочередно добавляют 0,1-0,3% раствора акрилового полимера в количестве 1,5-2,5 мас.% от массы бинарной смеси и 0,5-1,5 мас.% кремнийорганических соединений от массы бинарной смеси в водной дисперсии, затем смесь перемешивают в течение 20-30 мин до образования реакционной дисперсионной среды и охлаждают до температуры 20-25°С.