Способ получения пористого неорганического каркаса, на основе кремнийсодержащих соединений, с контролируемым релизом активного биоцида (диоксида хлора) Российский патент 2022 года по МПК A61L9/04 

Настоящее изобретение относится к средствам дезинфекции воздуха в помещениях, конкретнее к получению пористой кремнийорганической биопены, с дальнейшей сорбцией и контролируемой десорбцией диоксида хлора.

Проблема распространения вирусов и бактерий в периоды массового заболевания вирусами гриппа и ОРВИ является актуальной для всех людей, поэтому осуществление мер профилактики распространения вирусов и бактерий в замкнутых помещениях и местах массового скопления людей является одной из первостепенных задач.

В настоящее время в качестве мер профилактики вирусных заболеваний применяется массовая вакцинация членов предприятий и учебных заведений как мера профилактики во время периода активного распространения вируса гриппа; такие меры как прием препаратов интерферонового ряда, поливитаминов, противовирусных препаратов, а также барьерная профилактика: ношение масок, мытье рук, влажная уборка, проветривание помещений. Вакцинация участников организации осуществляется не во всех предприятиях, она актуальна только в периоды острого заражения людей вирусом гриппа, а также многие игнорируют эту меру профилактики. Кроме этого, при массовой вакцинации населения, применяется ограниченное число штаммов вируса гриппа, поэтому данная мера профилактики не всегда является действенной. Принятие препаратов интерферонного ряда и противовирусных препаратов не является универсальным средством защиты от всех вирусов и бактерий, а также они обладают рядом побочных эффектов. Барьерные меры защиты от распространения вирусов и бактерий не являются основными и достаточно эффективными, а скорее дополняющими.

Настоящее изобретение направлено на создание простого и эффективного средства, блокирующего распространение патогенных организмов в замкнутых помещениях предприятий и учебных организаций, а также в местах массового скопления людей.

В основе обеззараживающего действия по уничтожению патогенов лежат процессы десорбции диоксида хлора с поверхности кремнийорганической биопены в объем воздуха общественного пространства.

Газообразный диоксид хлора в низких концентрациях (т.е. до 0,1 мг/м³) уже давно признан полезным для профилактики заболеваний и обеззараживания помещений. Его использование оправдано, когда микробы и/или органические одоранты соприкасаются с пищевыми продуктами, поскольку диоксид хлора действует как бактерицид без образования нежелательных побочных продуктов, таких как хлорамин, соляная кислота или хлорированные органические соединения, которые могут образовываться при использовании хлора для тех же или аналогичных целей. Использование диоксида хлора в небольших концентрациях в помещениях для хранения и переработки пищевых продуктов, скорость порчи продукта уменьшается в несколько раз.

Научная новизна предлагаемых решений состоит в создании матрицы-носителя, в виде кремнийорганической биопены, для селективной сорбции и контролируемой, постоянной во времени, скоростью десорбции диоксида хлора в количестве, не превышающем уровень ПДК, но при этом достаточной для проявления его антибактериального действия.

Оптимальные свойства кремнийорганической биопены (пористость, плотность, однородность структуры, устойчивость к температуре, биоразлагаемость) достигается при использовании состава - Полиметилоктилсилоксан и отвердителя - Октоат олова, гидроксисилан, тетраэтоксисилан.

Технический результат изобретения состоит в том, что достигнута постоянная скорость десорбции диоксида хлора, которая обеспечивает его длительную, безопасную для дыхательных путей человека концентрацию в радиусе 1 м³ и защиту от патогенных бактерий и вирусов.

Для селективного накопления диоксида хлора в порах кремнийорганический биопены была разработана система, состоящая из эксикатора, заполненного цеолитом NаX, через соединительную трубку эксикатор подключался ко второму эксикатору, содержащему кремнийорганическую биопену, а затем к вакуумному насосу.

При взаимодействии цеолита NаX с раствором хлорита натрия (NаClО₂) и конц. соляной кислотой образуется небольшое количество молекулярного хлора (2% масс.), однако размер молекулы хлора намного меньше размера ячейки биопены, что касается размера молекулы диоксида хлора, он сопоставим с ячейкой биопены. Таким образом молекула хлора спокойно проходит через поры пены и накапливается в ловушке вакуумного насоса.

Исследование процессов десорбции проводилось в камере с вентиляцией и скоростью движения воздуха 0,1 м/с. Контроль концентрации диоксида хлора производился полупроводниковым детектором на основе In₂О₃ в течение 60 дней.

В течение 60 дней в воздухе наблюдалось линейное снижение концентрации диоксида хлора в диапазоне эффективных концентраций (рис.1).

С целью оценки противовирусных свойств кремнийорганической биопены с диоксидом хлора как способа дезактивации инициатора капельно-воздушных вирусных инфекций провели исследование вирулицидного действия биопены с диоксидом хлора в отношении респираторных вирусов человека.

В табл. 1 суммированы данные по изучению влияния кремнийорганической биопены, с диоксидом хлора, на активность респираторных вирусов человека

Таблица 1 . Дезактивирующая активность кремнийорганической биопены, с диоксидом хлора в отношении респираторных вирусов человека

Как следует из представленных данных, исходный титр вирусов в инфекционном материале составлял 5,7 - 6,8 lg ID₅₀/0.2 ml в зависимости от вируса. Высушивание на воздухе (столбец «0» в табл.1) приводило к потере инфекционности, что в наибольшей степени проявлялось в случае вируса гриппа, где падение инфекционной активности составило 1,5 порядка. Такое падение инфекционной активности вируса следует объяснять его инактивацией при высыхании частиц материала, негативно влияющем на биологические свойства вирионов.

Инкубация с кремнийорганической биопеной, с диоксидом хлора, также приводила к подавлению вирусной репродукции. Через 30 мин инкубации снижение инфекционной активности обоих вирусов составило 90%.

С целью оценки антибактериальных свойств кремнийорганической биопены с диоксидом хлора как способа инактивации патогенных бактерий, аэробных и анаэробных, провели исследование антибактериального действия биопены с диоксидом хлора в отношении бактерий рода Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Mycobacterium tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa.

По результатам исследований воздействия кремнийорганической биопены, с диоксидом хлора на микроорганизмы рода Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Mycobacterium tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa, наблюдали тенденцию к снижению количества микроорганизмов уже через 30 минут воздействия. Через час количество жизнеспособных бактерий сокращается до 10% (рис.2).

Средний диаметр пор кремнийорганической биопены составляет от 250 до 450 мкм;

В качестве состава для кремнийорганической биопены могут быть также использованы полиметилсилоксан, полиметилвинилсилоксан;

В качестве отвердителя для кремнийорганической биопены могут быть также использованы: 1) платинахлористоводордная кислота, платина (0) 1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилсилоксан, изопропанол, 2) гидроксисилан, изпропанол;

Цеолит для получения диоксида хлора может быть марки NаX, CаX и KX;

Концентрация раствора хлорита натрия для получения диоксида хлора может варьироваться 25 - 80%;

Количество молекулярного хлора в кремнийорганической биопене, с диоксидом хлора, не больше 2% масс.

Список изображений

Рис.1. График зависимости десорбции диоксида хлора из кремнийорганической биопены во времени

Рис. 2. Влияние кремнийорганической биопены, с диоксидом хлора, на антибактериальную активность бактерий рода Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Mycobacterium tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa

Примеры

1. Получение кремнийорганической биопены

Для получения кремнийорганической биопены стабилизируют состояние компонентов 3 и В, где 3 - Октоат олова, гидроксисилан, тетраэтоксисилан, В - Полиметилоктилсилоксан:

• Необходимый объем 3 термостатируют в течение 3 часов при постоянном перемешивании на роторной мешалке со скорость 600 об/мин.

• Компонент В отбирают в объемном отношении 1 часть на 10 частей компонента 3 и термостатируют 30 минут с перемешиванием на роторной мешалке или статическим смесителем насадочного типа.

• Добавляют катализатор (минеральное масло ТМ-5) в 1 часть на 5 частей компонентов 3 и В.

• Затем компоненты переносят в емкость из полипропилена и тщательно перемешивают до появления признаков начала реакции (образование небольшого количества пузырьков на поверхности).

• После перемешивания смесь переносят и заливают в форму или полость, предназначенную для биопены. После заполнения полости или формы, устанавливают отчет времени на 50 минут. По прошествии 50 минут застывание биопены проверяют, прикладывая деревянный шпатель.

• От остатков катализатора и влаги избавлялись при помощи последовательного вакуумирования, нагрева и дегазирования в течение 20 часов при помощи линии Шленка.

Тестирование биопены в открытых полостях производят путем анализа верхней (наружной) части пены, с удалением лишней биопены. Полученные фрагменты исследуются на однородность структуры, полноту протекания реакции. В закрытых полостях и сосудах для исследования протекания реакции использовали акустические системы с наложением мембраны микрофона и ударным механизмом. По интенсивности звукопоглощения устанавливали полноту протекания реакции. В качестве эталонного звукопоглотителя используется вспененный полиуретан с аналогичной конструкцией.

2. Получение диоксида хлора

Для получения газообразного диоксида хлора без примесных газов был использован способ получения диоксида хлора с использованием хлорита натрия (NаClО₂) 25% водный раствор 100 мл и цеолита 1 кг, с конц. соляной кислотой, 0,5 мл.

3. Исследование противовирусной активности опытных образцов кремнийорганической биопены, содержащей диоксид хлора

Вирус гриппа культивировали из клеток МДСК, для аденовируса - линию Vego и использовали в качестве исходного материала для инфекционирования. Время культивации 72 часа. Материал с вирусом в объеме 0,1 мл наносили на поверхность чашки Петри и сушили при комнатной температуре в течение 10 минут. Чашки Петри с вируссодержащим материалом помещали в эксикатор с исследуемым образцом кремнийорганический биопены с диоксидом хлора, закрывали эксикатор и выдерживали в течение 5 и 30 минут.

Контрольные пробы обрабатывали схожим методом, в отсутствии кремнийорганической биопены, с диоксидом хлора.

По истечению времени выдержки, чашки Петри с нанесенными вирусами извлекали и смывали раствором тритона Х-100 и среды для культур клеток в соотношении 1:1 4 раза по 400 мл. Затем в пробах определяли инфекционный титр вирусов.

Соответствующие клеточные линии рассевали в планшеты (96 лунок) в количестве 10³ кл/лунку и полную среду MЕM объеме 100 мкл на лунку.

Затем планшеты с материалом инкубировали в СО₂ - инкубаторе (5% атмосфера CО₂) в течение 24 часов при 37°С.

Перед началом эксперимента клетки были промыты МЕМ средой, после все манипуляции проводились в среде без сыворотки.

Из маточной жидкости готовили 10 кратные разведения от 0,1 до 10^-7 с целью определения активности вируса в клеточной культуре. Затем их заново инкубировали под атмосферой СО₂ в течение 72 часов.

Реакция гемагглютинации использовалась для определения титра вируса гриппа А, а аденовирус определяли наличием ЦПД. Результаты представлены в таблице 1.

1. Исследование антибактериальной активности опытных образцов кремнийорганической биопены, содержащей диоксид хлора

Бактерии были выращены в жидкой питательной среде, продолжительность соответствовала виду бактерии. Питательную среду с микроорганизмами тщательно перемешивали перед их использованием. Далее на поверхность предметных стекол (стерильных) прикапывали 0,05 мл каждой культуры. Затем стекла помещали в чашки Петри (d - 45 мм) и сушили в термостате (T - 37°С).

Для каждого из повторов было приготовлено три набора стекол:

Набор 1 - контроль, без препарата,

Набор 2 - с препаратом, в течение 30 минут,

Набор 3 - с препаратом, в течение 60 минут.

Далее стекла извлекались из эксикатора с образцом кремнийорганической биопены, с диоксидом хлора, и микроорганизмы смывались со стекла питательной средой объемом 5 мл в чашку Петри.

После обработки испытуемый материал высеивали в питательную среду (агар) для контроля наличия бактерий.

Затем полученный материал титровали 10 кратным разведением в питательной среде. Полученные разведения высевали на питательную среду (агар) для выявления микроорганизмов в образце. Далее полученные разведения инкубировали при 37°С для оценки титра бактерий. Результаты представлены в рис.2.

Изобретение относится к средствам дезинфекции воздуха в помещениях. Раскрыто применение кремнийорганической биопены, состоящей из полиметилоктилсилоксана в качестве состава и октоата олова, гидроксисилана, тетраэтоксисилана в качестве отвердителя, с дальнейшей сорбцией и контролируемой десорбцией диоксида хлора для дезинфекции воздуха в общественных помещениях, в объемном отношении состав : отвердитель 1:10. Изобретение характеризуется постоянной скоростью десорбции диоксида хлора, которая обеспечивает его длительную десорбцию, безопасную для дыхательных путей человека его концентрацию в радиусе 1 м³ и защиту от патогенных бактерий и вирусов. 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Применение кремнийорганической биопены, состоящей из полиметилоктилсилоксана в качестве состава и октоата олова, гидроксисилана, тетраэтоксисилана в качестве отвердителя, с дальнейшей сорбцией и контролируемой десорбцией диоксида хлора для дезинфекции воздуха в общественных помещениях, в объемном отношении состав : отвердитель 1:10.