Самоочищающийся материал со свойствами химико-биологической защиты Российский патент 2022 года по МПК D06M11/47 D06M16/00 D06B1/02 B82Y30/00 

Описание патента на изобретение RU2780376C2

Изобретение относится к самоочищающимся материалам со свойствами химико-биологической защиты, действие которых основано на комбинированном проявлении гидролитических свойств ферментными наночастицами, стабилизированными бацитрацином, обладающим противомикробное действие, и наночастицами оксида тантала, имеющими биоцидные свойства, которыми модифицированы тканевые и нетканые материалы. Самоочищающийся материал предназначен для защиты от микотоксинов и токсичных фосфорорганических соединений (ФОС), а также от клеток различных микроорганизмов (бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов) и может быть использован при изготовлении средств экологической защиты объектов окружающей среды, высокоэффективных средств индивидуальной и коллективной защиты, в том числе доступных к использованию большим числом людей в условиях чрезвычайных ситуаций (катастроф и террористических актов), в изготовлении защитной одежды, защитных масок и других вариантов изделий для применения в производственных (промышленных и сельскохозяйственных) условиях.

Самоочищающиеся материалы с защитными химико-биологическими свойствами предназначены для предотвращения контактного поражения химическими и биологическими контаминантами тела человека, а при их попадании в материал происходит детоксификация таких контаминантов и самоочищение материала за счет проявления функциональной активности теми компонентами, которыми модифицирован исходный материал (тканевая или нетканая основа).

При создании самоочищающихся материалов для защиты от токсичных ФОС, к числу которых относятся отравляющие вещества и пестициды [Фосфорорганические нейротоксины: монография / Под ред. чл.-корр. РАН С.Д. Варфоломеева, проф. Е.Н. Ефременко. - Москва: РИОР, 2020. - 380 с. - ISBN 978-5-369-02026-5], используются катализаторы, способные осуществлять трансформацию этих нейротоксинов в менее токсичные продукты. В качестве таких катализаторов применение находят как химические, так и биологические молекулы (ферменты). Комбинирование таких катализаторов с антимикробными агентами для модификации тканевых или нетканых материалов позволяет формировать химико-биологическую защиту.

Эффективность действия самоочищающихся материалов с химико-биологическими защитными свойствами определяется широтой спектра их действия в отношении токсинов и клеток микроорганизмов, эффективностью детоксификации при минимальном количестве компонентов, вводимых в тканевый или нетканый материал, с целью его модификации и придания ему необходимых свойств.

Известен самоочищаюийся материал с защитными химико-биологическими свойствами [G.Amitai, Н. Murata, J.D. Andersen, R.R. Koepsel, A.J. Russell (2010) Decontamination of chemical and biological warfare agents with a single multi-functional material. // Biomaterials, V.31, №15, p. 4417-4425], предназначенный для детоксификации ФОС и грамотрицательных клеток бактерий. Его получают в виде сополимера диметилакриламида и метакрилата 3-пропионил-этилбромида, который химически модифицируется четвертичными аммонийными соединениями, содержащими атом галогена (Br или I). Самоочищающееся действие материала основано на том, что из него при температуре человеческого тела (37°С) выделяется гидроксиэтил 4-пиридиния альдоксим бромид или иодид (в зависимости от исходно введенного в полимерный материал галогена (Br или I), который проявляет дезинфицирующую активность в отношении клеток бактерий), а в отношении ФОС это вещество действует как нуклеофильная ловушка, которая атакует фосфорный центр токсинов, образуя нестабильный во времени фосфорил-оксимный аддукт. Со временем такой аддукт превращается в продукт, менее токсичный, чем исходный фосфорорганический токсин. При этом, чтобы материал действовал как активное галогенсодержащее соединение, выделяющее свободный галоген, в материал вводятся сразу два фермента - глюкозооксидаза и галогенпероксидаза, которые должны функционировать последовательно и воздействовать на сам материал, чтобы сгенерировать выделение из него галогена, активного против бактерий и ФОС. Эффективность действия материала подтверждена в экспериментах на клетках бактерий Escherichia coli и модельном фосфорорганическом пестициде -диизопропилфторфосфате.

Этот материал характеризуется рядом существенных недостатков:

- сам по себе материал подвергается постепенной утратой своих дезинфицирующих свойств вследствие самопроизвольной деградации под действием ферментов, включенных в его состав, приводящей к выделению галогенов из материала в отсутствии ФОС и клеток бактерий. Последнее делает материал небезопасным для человека;

- сами ферменты не обладают высокой ферментативной активностью, так как частично инактивируются в результате ковалентного связывания с функциональными группами мономеров, участвующих в формировании самого полимерного защитного материала;

- для функционирования ферментов, включенных в материал, необходимо введение в него или в среду, в которой используется материал, глюкозы, так как она является исходным субстратом для первичной реакции, катализируемой глюкозооксидазой, обеспечивающей пероксидом водорода следующий фермент - галогенпероксидазу, необходимым для выделения галогена - основного действующего вещества;

- аддукт, который образуется в результате взаимодействия материала и ФОС, превращается в конечный продукт медленно, и более того, эта реакция сильно зависит от рН среды, и увеличивается при повышении этого параметра (в щелочной среде, которую следует специально создавать для детоксификации защитного материала).

В состав самоочищающихся материалов с защитными химико-биологическими свойствами вместо галогенсодержащих соединений в качестве антимикробных агентов вводят наночастицы металлов, действие которых проявляется в отношении широкого спектра бактериальных клеток и не вызывает развития у них резистентности к антимикробному воздействию. При этом крайне важным является сочетание катализаторов и наночастиц, используемых для модификации тканевых или нетканых материалов, которые обеспечивают детоксификацию токсинов, и проявление антимикробного воздействия на клетки микроорганизмов. Особенно важен выбор этих сочетаний и комбинаций при использовании для нейтрализации токсинов ферментных катализаторов, которые не должны терять свою активность в присутствии применяемых антимикробных агентов и наночастиц металлов. Чтобы защитить ферментные катализаторы от негативного воздействия других компонентов самоочищающегося материала, ферменты дополнительно стабилизируют, в частности, в составе полиэлектролитных комплексов, которые получают в виде наночастиц и вводят в тканевый или нетканый материал.

Известен самоочищающийся материал с защитными химико-биологическими свойствами [I. Lyagin, N. Stepanov, G. Frolov, E. Efremenko (2022) Combined modification of fiber materials by enzymes and metal nanoparticles for chemical and biological protection.//Intern.l J.Mol Sci., V.23, №3, P. 1359.], который характеризуется тем, что наночастицы металлов (Zn или Та) наносятся на волокнистый материал совместно с полиэлектролитными комплексами ферментов и полипептидов, являющимися их стабилизаторами.

Сополимер полиэтиленгликоля и полиглутаминовой кислоты [Efremenko E.N., Lyagin I.V., Klyachko N.L., Bronich Т., Zavyalova N.V., Jiang Y., Kabanov A.V. (2017) A simple and highly effective catalytic nanozyme scavenger for organophosphorous neurotoxins. // J. Control. Release, V.247, P. 175-181.] используется в качестве стабилизаторов для ферментов (N-ацил-гомосеринлактонацилазы и гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы (His6-OPH, ЕС 3.1.8.1), катализирующей гидролиз разных ФОС [Патент РФ №2525658, 2012; Патент РФ №2615176, 2015]). Эти ферменты обладают способностью подавлять кворумный эффект у бактериальных клеток за счет гидролиза лактонсодержащих соединений, синтезируемых бактериями и стимулирующих развитие бактериальных популяций, устойчивых к воздействию антибиотиков, используется.

Для придания антимикробных свойств материалу его модифицируют наночастицами цинка или тантала в сочетании с антибиотиками -полимиксином В или Е, которые обеспечивают действие дважды модифицированного материала против клеток Bacillus subtilis при использовании цинка или против бактерий Escherichia coli в случае сочетания антибиотиков с танталом. Такой материал, содержащий в конечном счете комбинации ферментов, стабилизированных «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, антибиотики (полимиксины) в сочетании с наночастицами металлов, обеспечивает увеличение до 2,9 раз количество элиминированных грамположительных и грамотрицательных бактериальных клеток в сравнении с применением только одних антибиотиков за тот же период времени. При этом фермент His6-OPH сохраняет в составе самоочищающегося материала свою гидролитическую активность в реакции с ФОС до 74% от первоначального уровня.

Однако существенными недостатками такого самоочищающегося материала являются:

- возможность детоксификации только молекул ФОС, тогда как в реальности спектр токсинов, от которых требуется защита, например, в условиях сельскохозяйственного производства, где необходима защита от микотоксинов - естественных метаболитов, продуцируемых различными природными клетками микроскопических грибов, поражающими и загрязняющими практически все сельскохозяйственное сырье, продукты питания, корма для животных, причем, как в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, так и при их хранении и переработке [Agriopoulou S., Stamatelopoulou E., Varzakas T. (2020) Advances in occurrence, importance, and mycotoxin control strategies: prevention and detoxification in foods. // Foods, V.9, p. 137]. Поскольку микотоксины в низких концентрациях обладают высокой нейро-, гепато- и нефротоксичностью, то, безусловно, требуется защита от контакта с такими веществами и самоочищение защитных материалов, которое избавляет от необходимости специального удаление таких веществ из защитных материалов в ходе отдельно предпринимаемых действий. Несмотря на то, что потенциально фермент His6-OPH может осуществлять разложение ряда микотоксинов, содержащих лактонное кольцо в своей структуре (в частности, патулина, зеараленона, стеригматоцистина и дезоксиниваленола) [Lyagin I., Efremenko Е. (2019) Enzymes for detoxification of various mycotoxins: origins and mechanisms of catalytic action // Molecules, V.24, №. 13, P. 2362], в случае применения фермента в указанном самоочищающемся материале в составе комплекса с «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, такой гидролиз резко ухудшается из-за экранирования активного центра фермента для реакции с микотоксинами;

- применение именно «пэгилированной» полиглутаминовой кислоты для стабилизации ферментов с целью их использования в составе самоочищающегося материала приводит к значительному удорожанию самого материала и невозможности масштабирования этого технического решения, так как используемый стабилизатор не синтезируется промышленно, является дорогим реагентом для лабораторного использования;

- применение выбранных антибиотиков (полимиксинов) предопределяет спектр микробного воздействия указанного самоочищающегося материала, который ограничивается только бактериальными клетками;

- цинк, применяемый в составе самоочищающегося материала для биологической защиты и воздействия на бактериальные клетки, является биологически активным компонентом, способным при контакте с клетками человеческого организма оказывать заметное влияние на метаболизм клеток человека. Это ограничивает степень безопасного и возможность длительного контакта человека с таким материалом;

- сочетания выбранных антибиотиков, наночастиц металлов и ферментов, стабилизированных «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, не являются универсальными, то есть в зависимости от типа клеток микроорганизмов, антимикробная активность, по отношению к которым должен проявить самоочищающийся материал, должны быть четко соблюдены. Так, в частности против грамположительных клеток эффективнее функционируем материал, содержащий цинк и полимиксин В, а против грамотрицательных клеток бактерий необходимо применять вариант материала, содержащий тантал и полимиксин Е. Такие вариации в свойствах материала значительно усложняют и ограничивают его применение на практике.

Вместе с этим данная разработка по сущности (использование в самоочищающемся материале гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы (His6-OPH) для гидролиза ФОС, возможности детоксификации микотоксинов и повышения эффективности действия антимикробного вещества) и достигаемому результату (в плане защиты от ФОС путем их гидролиза и биоцидного действия антимикробного вещества полимиксина на клетки бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli) является самой близкой к заявляемому техническому решению и принята за прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка самоочищающегося материала с химико-биологическими защитными свойствами от воздействия токсичных фосфорорганических соединений и микотоксинов, а также от контаминации клетками бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов, характеризующегося тем, что представляет собой тканевый или нетканый материал, модифицированный смесью наночастиц нековалентного комплекса фермента His6-OPH с бацитрацином, полученного при массовых соотношениях веществ (сух.в-во) 1:0,5-1:1, и наночастиц оксида тантала при следующем соотношении наночастиц в смеси (сух.вес): наночастицы фермента с бацитрацином (по белку): наночастицы оксида тантала - 1:15-1:20, при том, что полученная смесь после ее суспендирования в буферном растворе с рН 7,5-10,5 наносится на тканевую или нетканую основу в соответствии с влагоемкостью этой материальной основы и высушивается до остаточной влажности 8-10%.

Поставленная задача решается тем, что фермент His6-OPH получается и очищается известным методом [Efremenko Е., Votchitseva Y., Plieva F., Galaev I.; Mattiasson B. (2006) Purification of His6-organophosphate hydrolase using monolithic supermacroporous polyacrylamide cryogels developed for immobilized metal affinity chromatography. // Appl.Microbiol. Biotechnol., V.70, P. 558-563.]. Далее нековалентно стабилизированные комплексы этого фермента получают путем смешивания водных растворов фермента и бацитрацина при рН, соответствующем известному оптимальному значению рН для каталитического действия данного фермента при комнатной температуре [Votchitseva Y.A., Efremenko E.N., Aliev Т.К., Varfolomeyev S.D. (2006) Properties of hexahistidine-tagged organophosphate hydrolase. // Biochemistry, V.71, P. 167-172], при этом соотношение фермента и вещества, используемого для нековалентного взаимодействия с ферментом, должно быть 1:0,5-1:1 по сух в-ву.

Выбор фермента His6-OPH для получения этого самоочищающегося материала обусловлен его известной каталитической активностью по отношению к ряду ФОС [Lyagin I.V., Andrianova M.S., Efremenko E.N. (2016) Extensive hydrolysis of phosphonates as unexpected behaviour of the known His6-organophosphorus hydrolase. // Appl. Microbiol. Biotechnol., V.100, №13, P. 5829-5838; Lyagin I., Efremenko E. (2021) Enzymes, reacting with organophosphorus compounds as detoxifiers: diversity and functions. // Int. J.Mol. Set, V.22, P. 1761], к микотоксинам [Lyagin I., Efremenko E. (2019) Enzymes for detoxification of various mycotoxins: origins and mechanisms of catalytic action. // Molecules, V.24, №13, Р.2362.] и к лактонсодержащим соединениям [Aslanli A., Lyagin I., Efremenko Е. (2018) Novel approach to quorum quenching: rational design of antibacterials in combination with hexahistidine-tagged organophosphorous hydrolase. // Biol. Chem., V. 399, P. 869-879.], являющимся сигнальными молекулами для формирования кворумного ответа многих клеток микроорганизмов, включая бактерии, дрожжи, археи и мицелиальные грибы.

Выбор бацитрацина для введения его в состав самоочищающегося материала обусловлен следующим:

- он обладает существенно более широким антимикробным спектром действия по сравнению с полимиксинами, применение которых известно из прототипа, действует не только на грамположительные и грамотрицательные бактериальные клетки, но также и на клетки дрожжей и архей;

- компьютерные исследования методом молекулярного докинга подтвердили образование стабильных нековалентных взаимодействий между бацитрацином и поверхностью димера фермента His6-OPH, минимально, в сравнении с другими известными для данного фермента партнерами по нековалентным комплексам [Aslanli A., Lyagin I., Efremenko Е. (2019) Charges' interaction in polyelectrolyte (nano)complexing of His6-OPH with peptides: unpredictable results due to imperfect or useless concept? // Int. J. Biol. Macromol., V. 140, P. 368-376.], экранирующими ферментативный активный центр и, таким образом, обеспечивающими возможность его свободного вступления в гидролитические реакции с различными ФОС, микотоксинами и лактонсодержащими соединениями;

- он служит стабилизирующим партнером для фермента His6-OPH в образующихся между ними нековалентных комплексах, что дает возможность не применять дополнительные стабилизаторы, как в случае с «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, используемой в прототипе, что существенно упрощает и удешевляет сам материал, так как отпадает необходимость в дополнительном компоненте. Кроме того, бацитрацин является широко используемым для поверхностного применения антимикробным веществом полипептидной природы, с хорошо известными свойствами и возможностью постепенной биодеградации, как полипептида, в открытых природных системах. Последнее его свойство делает потенциально возможным масштабирование практического применения предлагаемого технического решения (изготовление и применение самоочищающегося материала) без создания существенной экологической нагрузки по этому антимикробному агенту.

Стабилизация ферментов в составе комплексов, получаемых в результате предлагаемого к использованию в заявляемом техническом решении нековалентного взаимодействия фермента с бацитрацином позволяет: - придать дополнительные функциональные характеристики предлагаемому материалу в виде усиленных антимикробных свойств, основанных на совместном действии фермента, гидролизующего широкий спектр лактонсодержащих молекул кворума, синтезируюемых разными микроорганизмами, и бацитрацина - антимикробного вещества с широким спектром действия; - значительно стабилизировать активность фермента за счет межмолекулярных взаимодействий разных функциональных групп на поверхности молекулы фермента и бацитрацина, не требующими применения дополнительных сшивающих агентов, химически и биологически активных соединений и токсичных реагентов. Эта стабилизация позволяет функционировать материалу в довольно широком диапазоне рН (7,5-10,5), сохраняя свою высокую эффективность действия;

- он не теряет своей антимикробной активности в комплексе с ферментом His6-OPH, который в свою очередь выступает в роли белкового носителя для данного антимикробного вещества, удерживая его в массе самоочищающегося материала в виде наночастиц размером 35-40 нм, которые вводятся в заявляемый самоочищающийся материал в определенных соотношениях в составе смеси с наночастицами оксида тантала.

Соотношения между His6-OPH и бацитрацином, обеспечивающие получение устойчивых нанокомплексов с сохранением возможности проявления необходимых свойств самим ферментом и антимикробным веществом, найдены эмпирически и основаны на экспериментальных данных, полученных авторами предлагаемого технического решения. Указываемый в техническом решении диапазон соотношений позволяет его реализовать с получением заявляемых свойств у самоочищающегося материала.

Введение именно наночастиц оксида тантала в состав самоочищающегося материала вместо наночастиц цинка обеспечивает предлагаемое техническое решение существенно большей безопасностью для человека при контакте с подобным защитным материалом, поскольку тантал, в отличие от цинка, не играет никакой биологической роли, и именно поэтому считается безвредным, что обеспечивает его применение в биомедицине, в частности, для изготовления протезов и имплантатов, а в случае предлагаемого самоочищающегося материала - для деконтаминации от клеток разных микроорганизмов.

Введение наночастиц оксида тантала в самоочищающийся материал направлено на придание ему антимикробных свойств, направленных в своем действии против бактериальных клеток, клеток дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов. Концентрация наночастиц тантала в смеси с ферментными наночастицами учитывает их минимальные ингибирующие концентрации, приводящие к гибели разных клеток микроорганизмов, которые определены экспериментально авторами предлагаемого технического решения [Frolov G., Lyagin I., Senko О., Stepanov N., Pogorelsky I., Efremenko E. (2020) Metal nanoparticles for improving bactericide functionality of usual fibers. // Nanomaterials, V. 10, P. 1724.].

Экспериментально подобранные соотношения наночастиц ферментного комплекса с антибиотиком бацитрацином и тантала в смеси, которая используется для модификации тканевой или нетканой основы для получения самоочищающегося материала с защитными химико-биологическими свойствами, позволяет проводить более глубокую деструкцию ФОС, микотоксинов, лактонсодержащих соединений, обеспечивать антимикробное воздействие на клетки микроорганизмов относящихся к разным классам, придавая этому материалу определенную универсальность, отличающую его от прототипа, в котором требуется варьирование качественного состава материала (сочетания разных антибиотиков и наночастиц металлов) для достижения подобных, но более узких целей по микробным объектам воздействия (в прототипе - только бактериальные клетки) и по токсичным веществам (в прототипе - только ФОС).

Для модификации тканевой или нетканой основы наночастицами комплекса фермента с бацитрацином и оксида металла их смесь готовится на основе буферных растворов в диапазоне рН 7,5-10,5 и наносится капельным методом на тканевую или нетканую основу в объеме, учитывающем ее сорбционную емкость. Влагопоглощение является характеристичным параметром для всех используемых материалов [Завьялов В.В., Кужелко СВ., Завьялова Н.В., Ковтун В.А., Холстов В.И., Таранченко Ю.Ф., Сластилова Л.М., Ефременко Е.Н., Сенкилев А.П. (2019) Современные направления создания новых защитных материалов и тканей для средств индивидуальной и коллективной защиты от токсичных химикатов и клеток патогенов // Вестник войск РХБ защиты, Т. 3, №3, С. 117-148]. Впитывание наносимого объема смеси наночастиц происходит одновременно с ее нанесением на образец при комнатной температуре.

Для придания материалу возможности продолжительного хранения в широком диапазоне температур (+8+25°С) после нанесения смеси наночастиц на тканевую или нетканую основу проводится высушивание материала до остаточной влажности образцов 8-10%. Высушивание тканевого материала при комнатной температуре после нанесения смеси наночастиц позволяет подготовить самоочищающийся материал к последующей возможной сорбции влаги с момента начала его использования, а также к длительному сохранению его свойств в неизменном виде до этого момента.

Предлагаемое техническое решение в виде самоочищающегося материала с химико-биологической защитой предназначено для универсальной протекции от нейротоксичных ФОС и нейро-, нефро- и гепатотоксичных микотоксинов, широкого спектра клеток микроорганизмов, обеспечения собственного глубокого химико-биологического самоочищения. Заявляемый самоочищающийся материал с химико-биологической защитой обладает способностью к универсальной деградации различных ФОС, микотоксинов и молекул-регуляторов кворума бактериальных патогенов, сохраняет противомикробные характеристики, которые ему придают наночастицы комплекса фермента с бацитрацином и наночастицы тантала.

Такое сочетание всех основных признаков и характеристик, а также компонентов и их соотношений, которые указаны в заявляемом техническом решении, с применяемой последовательностью осуществляемых операций, ранее известно не было и позволяет характеризовать предлагаемое техническое решение как новое.

Ниже приводятся конкретные примеры реализации заявляемого технического решения.

Пример 1. Самоочищающийся материал со свойствами химико-биологической защиты

Готовят нековалентный комплекс фермента гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы (His6-OPH) с бацитрацином. Для этого в раствор очищенного фермента His6-OPH, приготовленный на основе 50 мМ водного карбонатного буферного раствора с рН 10,5, соответствующего рН-оптимуму действия фермента, всыпают антибиотик бацитрацин так, чтобы массовое соотношение (по сух.в-ву) между ферментом (по белку) и антибиотиком составило 1:0,5. Полученный раствор фермента с добавленным антибиотиком оставляют при комнатной температуре на 20 мин для формирования нековалентных комплексов фермента и его стабилизации в составе наночастиц с размером 35-40 нм.

Далее наночастицы оксида тантала суспензируют в 100 мМ фосфатном буферном растворе с рН 7,5. Наночастицы фермента, стабилизированного бацитрацином, смешивают с суспензией наночастиц тантала так, чтобы их соотношение в смеси составляло 1:15 (по сух. весу).

Полученная смесь наночастиц фермента и тантала капельным методом наносится на сухой образец хлопкового тканевого материала с учетом его влагопоглощения. Полная сорбция всего образца смеси наночастиц происходит по мере его нанесения. Полученный влажный модифицированный материал с нековалентным комплексом фермента с бацитрацином и оксидом тантала высушивают под вакуумом при комнатной температуре до остаточной влажности 8-10% и используют для детоксификации фосфорорганического пестицида Параоксона и дезинфекции образца материала от клеток Escherichia coli, которые наносят на сухой образец самоочищающегося материала, соответственно в виде 1 мМ раствора ФОС и суспензии клеток бактерий 106 кл/см2 в физрастворе. С этой целью после 12 часов экспонирования материала в герметичных условиях при комнатной температуре стандартными хроматографическими методами определяют остаточную концентрацию химического контаминанта в материале, а с использованием биолюминесцентного люциферин-люциферазного метода определения внутриклеточной концентрации аденозинтрифосфата определяют остаточную концентрацию живых клеток в образце материала и рассчитывают степень самоочищения. При указанных условиях самоочищение материала от всех контаминантов происходит на 100% за 12 часов.

Такой самоочищающийся материал в сухом виде сохраняет свои характеристики на 100% при хранении в течение 6 месяцев при +8°С.

Остальные примеры, реализуемые по аналогии с Примером №1, иллюстрирующие заявляемое техническое решение, сведены в таблицу.

Таким образом, заявляемое техническое решение в сравнении с прототипом характеризуется:

- упрощением состава самоочищающегося материала, так как в нем нет специально вводимого стабилизирующего компонента для фермента, как в прототипе, так как роль стабилизатора играет применяемый антибиотик,

- существенным расширением перечня веществ, которые могут быть подвержены детоксификации (в сравнении с прототипом возможна деструкция не только ФОС, но и микотоксинов, а также лактонсодержащих соединений, которые являются помимо бактерий (в прототипе) известными сигнальными молекулами кворума у архей, дрожжей и мицелиальных грибов),

- унификацией состава материала, который подходит для защиты от многих типов клеток микроорганизмов и самоочищения от них за меньший, чем в прототипе срок (в прототипе - 24 часа),

- применение бацитрацина в качестве стабилизатора активности фермента в нековалентных комплексах, вводимых в самоочищающийся материал, позволяет дополнительно придать ему новые свойства, в частности, длительно сохранять его функциональную активность на высоком уровне при хранении в широком диапазоне температур и значений рН,

- более широкий спектр тканевых и нетканых основ может быть использован для модификации смесью наночастиц ферментного комплекса и тантала для получения самоочищающегося материала с высокой функциональной активностью.

Похожие патенты RU2780376C2

название год авторы номер документа
ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ ФЕРМЕНТНЫЙ ПРЕПАРАТ ДЛЯ ДЕГРАДАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ, МИКОТОКСИНОВ И МОЛЕКУЛ-РЕГУЛЯТОРОВ КВОРУМА БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПАТОГЕНОВ 2020
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Ахундов Рашид Фатали Оглы
  • Асланлы Айсель Гюльхан Кызы
  • Маслова Ольга Васильевна
  • Степанов Николай Алексеевич
  • Сенько Ольга Витальевна
  • Лягин Илья Владимирович
RU2743197C1
Ферментный биокатализатор с антиоксидантной активностью для детоксификации фосфорорганических соединений 2017
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Лягин Илья Владимирович
  • Ле Хуу Куонг
  • Ле Май Хуонг
RU2648169C1
Способ биообезвреживания микотоксинов 2016
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Лягин Илья Владимирович
  • Асланлы Айсель Гюльхан Кызы
  • Махлис Татьяна Абрамовна
RU2634914C2
Криосформированный ферментный биокатализатор для детоксификации фосфорорганических соединений 2015
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Лягин Илья Владимирович
  • Завьялова Наталья Васильевна
RU2615176C1
Способ подавления метаногенеза 2022
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Перминова Ирина Васильевна
  • Степанов Николай Алексеевич
  • Сенько Ольга Витальевна
  • Воликов Александр Борисович
  • Жиркова Анастасия Михайловна
RU2780349C2
НАНОРАЗМЕРНЫЙ ФЕРМЕНТНЫЙ БИОКАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕТОКСИФИКАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ in vivo 2012
  • Кабанов Александр Викторович
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Клячко Наталья Львовна
  • Бронич Татьяна Карловна
  • Лягин Илья Владимирович
  • Варфоломеев Сергей Дмитриевич
RU2525658C2
СПОСОБ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ПОЧВОГРУНТЕ 2011
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Сироткина Мария Сергеевна
  • Лягин Илья Владимирович
RU2451077C1
ФЕРМЕНТНЫЙ БИОКАТАЛИЗАТОР ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ in vivo 2014
  • Кабанов Александр Викторович
  • Клячко Наталья Львовна
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Лягин Илья Владимирович
RU2575627C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКАТАЛИЗАТОРА И БИОКАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ НЕЙРОТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПРОТОЧНЫХ СИСТЕМАХ 2006
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Лягин Илья Владимирович
  • Галаев Игорь Юрьевич
  • Плиева Фатима Магометовна
  • Варфоломеев Сергей Дмитриевич
  • Маттиассон Бо
RU2315103C1
ФИЛЬТРУЮЩЕ-СОРБИРУЮЩИЙ САМОДЕГАЗИРУЮЩИЙСЯ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 2007
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Завьялов Василий Владимирович
  • Завьялова Наталья Васильевна
  • Гореленков Валентин Константинович
  • Гудков Денис Андреевич
  • Лягин Илья Владимирович
  • Варфоломеев Сергей Дмитриевич
  • Холстов Виктор Иванович
RU2330717C1

Реферат патента 2022 года Самоочищающийся материал со свойствами химико-биологической защиты

Изобретение относится к самоочищающимся материалам со свойствами химико-биологической защиты и может быть использовано при изготовлении средств экологической защиты объектов окружающей среды, высокоэффективных средств индивидуальной и коллективной защиты, в изготовлении защитной одежды и защитных масок. Самоочищающийся материал с химико-биологическими защитными свойствами от воздействия токсичных фосфорорганических соединений и микотоксинов, а также от контаминации клетками бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов представляет собой тканевую или нетканую основу, модифицированную смесью наночастиц нековалентного комплекса фермента гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы с бацитрацином, полученного при массовых соотношениях веществ (сух. в-во) 1:0,5-1:1, и наночастиц оксида тантала при следующем соотношении наночастиц в смеси (сух. вес): наночастицы фермента с бацитрацином (по белку) : наночастицы оксида тантала - 1:15-1:20. При этом полученная смесь после ее суспендирования в буферном растворе с рН 7,5-10,5 наносится на тканевую или нетканую основу в соответствии с ее влагоемкостью и высушивается до остаточной влажности 8-10%. Полученный материал обладает улучшенными защитными химико-биологическими свойствами, так как позволяет детоксифицировать и ФОС, и микотоксины, имеет универсальный состав, предназначенный для проявления антимикробного действия в отношении существенно расширенного спектра микробиологических объектов. Материал предотвращает контактное поражение химическими и биологическими контаминантами тела человека, а при их попадании в материал происходит детоксификация таких контаминантов и самоочищение материала. 1 табл., 8 пр.

Формула изобретения RU 2 780 376 C2

Самоочищающийся материал с химико-биологическими защитными свойствами от воздействия токсичных фосфорорганических соединений и микотоксинов, а также от контаминации клетками бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов, характеризующийся тем, что представляет собой тканевую или нетканую основу, модифицированную смесью наночастиц нековалентного комплекса фермента гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы с бацитрацином, полученного при массовых соотношениях веществ (сух. в-во) 1:0,5-1:1, и наночастиц оксида тантала при следующем соотношении наночастиц в смеси (сух. вес): наночастицы фермента с бацитрацином (по белку) : наночастицы оксида тантала - 1:15-1:20, при том, что полученная смесь после ее суспендирования в буферном растворе с рН 7,5-10,5 наносится на тканевую или нетканую основу в соответствии с ее влагоемкостью и высушивается до остаточной влажности 8-10%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2780376C2

НАНОРАЗМЕРНЫЙ ФЕРМЕНТНЫЙ БИОКАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕТОКСИФИКАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ in vivo 2012
  • Кабанов Александр Викторович
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Клячко Наталья Львовна
  • Бронич Татьяна Карловна
  • Лягин Илья Владимирович
  • Варфоломеев Сергей Дмитриевич
RU2525658C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА С АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ НА ОСНОВЕ ХЛОПКОВОЙ ТКАНИ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСИДА ЦИНКА 2015
  • Светличный Валерий Анатольевич
  • Лапин Иван Николаевич
  • Гончарова Дарья Алексеевна
  • Немойкина Анна Леонидовна
RU2615693C1
Способ получения нетканых материалов с антибактериальными свойствами 2015
  • Самсонова Жанна Васильевна
  • Сенатова Светлана Игоревна
  • Муратов Дмитрий Сергеевич
  • Осипов Александр Павлович
  • Кондаков Сергей Эмильевич
  • Кузнецов Денис Валерьевич
  • Фролов Георгий Александрович
  • Колесников Евгений Александрович
  • Чупрунов Константин Олегович
  • Гусев Александр Анатольевич
RU2617744C1
ФИЛЬТРУЮЩЕ-СОРБИРУЮЩИЙ САМОДЕГАЗИРУЮЩИЙСЯ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 2007
  • Ефременко Елена Николаевна
  • Завьялов Василий Владимирович
  • Завьялова Наталья Васильевна
  • Гореленков Валентин Константинович
  • Гудков Денис Андреевич
  • Лягин Илья Владимирович
  • Варфоломеев Сергей Дмитриевич
  • Холстов Виктор Иванович
RU2330717C1
US 20100233146 A1, 16.09.2010
ЗАВЬЯЛОВ В.В
и др
Стратегия разработки современных средств защиты на основе металлоорганических комплексов с заданными свойствами
Вестник войск РХБ защиты, 2020, Том 4, N3, с.305-337
MASLOVA O.V
et al

RU 2 780 376 C2

Авторы

Ефременко Елена Николаевна

Завьялова Наталья Васильевна

Лягин Илья Владимирович

Степанов Николай Алексеевич

Завьялов Василий Владимирович

Фролов Георгий Александрович

Гореленков Валентин Константинович

Асланлы Айсель Гюлхан Гызы

Домнин Максим Владимирович

Даты

2022-09-22Публикация

2022-02-25Подача