СПОСОБ ПРИДАНИЯ ОДНОРАЗОВЫМ СТЕРИЛЬНЫМ МЕДИЦИНСКИМ МАСКАМ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ Российский патент 2024 года по МПК A41D13/11 

Изобретение относится к медицине, а именно к профилактической медицине или гигиене, может быть использовано для придания одноразовым медицинским, в том числе специализированным и стерильным маскам антибактериальных свойств.

Аналоги

Медицинская маска - это одноразовое медицинское изделие, обеспечивающее барьер для минимизации распространения инфекций, передающихся воздушно-капельным путем. Выпускаются много разновидностей медицинских масок, в том числе и относительно дешевых (оптовая цена варьирует от 1,25 руб. до 4,50 руб. и выше, хотя в розничной сети в период эпидемий и пандемий их цена в намного выше), однако эффективность ношения таких масок низкая:

1) маска медицинская трехслойная сертифицированная одноразовая (Россия /Китай);

2) маска медицинская трехслойная одноразовая чёрная (Россия);

3) маска медицинская трёхслойная одноразовая на завязках;

4) маски №3 и №5 (в 1 упаковке 3/5 шт.) одноразовые на резинках 3-х слойные (Китай);

5) маска медицинская хирургическая четырехслойная с защитным экраном на резинке (Россия);

6) маска 4-х слойная защитная с угольным фильтром, на резинках (Россия) и др.

При производстве сертифицированных одноразовых медицинских масок для лица используются только материалы, не содержащие стекловолокно, натурального латекса и его производных, поэтому только такие маски являются гипоаллергенными, не препятствует дыханию и не доставляет дискомфорта. Медицинская маска представляет собой повязку на лицо, которая закрывает нос и рот. Эффективность такого средства индивидуальной защиты оспаривается некоторыми исследователями. Так, ученые из Нижегородского НИИ гигиены и профпатологии Минздрава РФ провели исследования, в ходе которых показали, что через медицинскую маску может проходить от 34 до 100% вдыхаемых веществ и микроорганизмов.

Тем не менее, она относится к самым необходимым атрибутам медицинской профессии. Используется врачебным, сестринским и младшим медперсоналом. Рекомендуемое время использования - 2 часа.

Однако, недостатком всех этих масок является то, что они обладают барьерными антибактериальными свойствами до 98% и, чаще всего, намного меньше, при этом практически не задерживают вирусы. Кроме того, ни одна маска из выше приведенных не оказывает бактерицидное или вирицидное действие, поэтому не исключена спонтанная самоконтаминация при ношении одноразовой медицинской маски и возможное развитие поражений кожи лица, раздражающего дерматита или обострения угревой сыпи при частом использовании в течение нескольких часов.

Маска медицинская применяется не только в медицинских учреждениях, но и в качестве средства индивидуальной защиты в период эпидемии заболеваний гриппа и других ОРВИ. Использование медицинской маски во время эпидемии инфекций, передаваемых воздушно-капельным путем, а также при контакте с больным снижает риск заражения человека. Ношение медицинской маски необходимо также в местах массового скопления людей, в общественном транспорте, при уходе за больными людьми, и в случаях, если сами болеем инфекциями, передающимися воздушно-капельным путем, чтобы не заразить окружающих.

Уровень эффективности (защиты) медицинских масок зависит от: 1) защитных свойств материала, используемого в качестве фильтра; 2) посадки (плотность прилегания маски к лицу).

Современная медицинская маска одноразового применения состоит из фильтрующего слоя, изготовленного из синтетического нетканого материала, который располагается между двумя внешними слоями (трёхслойные маски), а также гибкой алюминиевой вставки (носового зажима) для обеспечения более плотного прилегания маски. Маска закрепляется на лице с помощью эластичных ушных петель (завязок, резинок).

Для оценки фильтрующих элементов медицинских масок используют следующие показатели: дыхательная пропускная способность (сопротивление маски воздушному потоку в паскалях), эффективность фильтрации частиц размером 0,1 микрон в процентах. Степень очистки воздуха, проходящего через все фильтрующие слои маски, зависит также от влажности и чистоты атмосферного воздуха, длительности использования маски, двигательной активности персонала и т.д.

Материалы, используемые для изготовления фильтрующего слоя медицинских масок

Маски с фильтрующим элементом из спанбонда изготавливается путем расплава волокон полипропилена с добавлением специальных примесей и имеет следующие свойства: 1) воздухопроницаемость; 2) гидрофобность; 3) сопротивление бактериям.

Недостатком такой маски является то, что защита от бактерий и вирусов очень низкая, т.к. фильтрующий слой не обладает вирицидными или бактерицидными свойствами.

Маски с фильтрующим элементом из мельтблауна

Мельтблаун производится из 100% полипропиленовых микроволокон толщиной всего 1-5 мкм и имеет следующие свойства: 1) равномерность; 2) лучшее покрытие на единицу поверхности; 3) водопроницаемость; 4) воздухопроницаемость; 5) высокие фильтрационные свойства.

Недостатки: фильтрующий слой не обладает бактерицидными и вирицидными свойствами, хотя по инструкции производителя такая маска обладает высокими фильтрационными свойствами, что может способствовать накоплению инфекции в слоях маски и самоконтаминации.

В хирургической практике используются также специализированные маски, являющиеся 4-х слойными хирургическими масками, которые имеют дополнительный противожидкостный слой (защита кожи лица от попадания на него биологических жидкостей при проведении операций).

Недостатки: фильтрующий и противожидкостный слои также не обладает бактерицидными и вирицидными свойствами, хирург или операционный медперсонал не защищен от инфицирования.

При работе с инфекционными больными использует одноразовые медицинские маски с высокой степенью защиты. Фильтрующий материал этих масок не пропускает микрочастицы размером до 1,3 мкм. Такая маска будет в определенной степени защищать человека от попадания вирусов в организм.

Недостатки: 1) из-за своей плотности затрудняет дыхание, что является серьезным недостатком, мешающим активной работе; 2) фильтрующий материал лишь задерживает микроорганизмы до 1,3 мкм, а меньшими размерами свободно проходят через фильтр и, может привести к инфицированию, так как маска не имеет бактерицидных и вирицидных свойств.

Различают еще стерильные медицинские маски, используемые в операционных и исследовательских лабораториях. Существенным недостатком является то, что они моментально теряют свои стерильные свойства при использовании в обычных помещениях.

Критика аналогов. Соответственно, все вышеприведенные одноразовые медицинские маски имеют те или иные недостатки, которые приведены выше.

Прототип

В качестве прототипа нами рассматривается «Маска 3-хслойная медицинская на завязках», выполненная из безворсового материала SMS и обеспечивающая надежную защиту от микробов и вирусов. Наличие слоев спанбонда и фильтрующего слоя из мельтблауна между ними обеспечивает качественную 99% фильтрацию зараженного воздуха. Трехслойная маска с фиксацией на завязках является эффективным средством защиты в период эпидемий ОРВИ и гриппа. Удобная и практичная она отличается абсолютной гипоаллергенностью, что позволяет использовать ее всем без исключения (по мнению производителя). Данная продукция производится в четком соответствии с требованиями ГОСТа.

Материал: Спанбонд / Мельтблаун / Спанбонд

Уровень фильтрации: 95% при размере частиц 3 мкм

Размер: 175×95 мм.

Вид крепления: Завязки и носовой фиксатор

Сопротивление дыханию: Дельта-P 1.9. Класс защиты: FFP1

Диапазон температур: от -5 до +30 °C

Производитель: ООО "КИТ" (т.м."Берегиня"), Россия (упаковка: картонная коробка по 50 шт.). Цена: 4,50 руб.

Критика прототипа

«Маска 3-хслойная медицинская на завязках», выполненная из безворсового материала SMS имеет ряд недостатков:

уровень фильтрации при размере частиц 3 мкм составляет 95%, что недостаточно не только для защиты от вирусов, но и бактериальной инфекции;

маска (фильтрующий элемент) из мельтблауна не обладает какими-либо бактерицидными или вирицидными свойствами;

ношение такой маски небезопасно в период эпидемии ОРВИ, пандемий или же защиты инфицирования от больного человека.

Поэтому возникает необходимость поиска новых путей повышения фильтрующей способности маски и придания ей антибактериальных свойств в случаях контакта с биологическим загрязнителями воздуха (бактериями и вирусами). Это требует получение улучшенных фильтрующих слоев одноразовых медицинских масок, обладающих более высокой фильтрационной активностью и придание им антибактериальных свойств, сохраняя при этом удобства ношения и абсолютную гипоаллергенность маски.

Цель предлагаемого способа

Целью предлагаемого способа является придание одноразовым стерильным медицинским маскам антибактериальных свойств.

Для достижения этой цели нами предлагается:

нанесение на маски абсолютно безопасной, гипоаллергенной и обладающей бактерицидными свойствами нанопленки из оксидов титана и ванадия, используя метод атомно-слоевого осаждения (АСО);

усиление фотокаталитической активности оксида титана при естественном освещении без ультрафиолетового облучения путем легирования TiO₂ оксидом ванадия, что позволяет придать слоям маски антибактериальные свойства.

Поставленная цель реализуется следующим образом: предварительно наносится на маску подложка из оксида алюминия толщиной в 50 циклов, а затем на поверхности подложки поочередно слой за слоем создается наноплёнка из оксидов титана и ванадия (по 25 циклов оксида титана и оксида ванадия), используя технологию АСО (атомно-слоевое осаждение) при температуре 80°С. Поскольку нанесение нанопленки происходит в газовой фазе, то пары газов способны создавать нанопленку не только на поверхностных слоях маски, но и фильтрующем слое.

Технология АСО (атомно-слоевое осаждение) заключается в том, что один из прекурсоров подвергается воздействию паров предыдущего прекурсора, который образует монослой на поверхности подложки. После удаления избытка предшествующего прекурсора из паровой фазы с помощью продувочного газа (например, аргона, Ar), газ-реагент реагирует с адсорбированным слоем предшествующего прекурсора, формируя слой целевого пленкообразующего материала, т.е., прекурсоры подаются последовательно и по очередности, а реакция протекает непосредственно на поверхности подложки.

Сущность предлагаемого способа

По предлагаемому способу целевая пленка наращивается слой за слоем на подложке из оксида алюминия, которая создается в газовой фазе, что позволяет проконтролировать толщину образующейся нанопленки из оксидов титана и ванадия на всех слоях маски, включая фильтрующий слой. При этом создается толщина пленки в 50 циклов из оксида титана и оксида ванадия, нанесенная послойно: один слой оксида титана, на него наносится слой оксида ванадия, и так, повторяя слой за слоем, 50 циклов оксида титана (25 циклов) и оксида ванадия (25 циклов) при температуре 80°С. Для создания нужной толщины пленки прослеживается только число повторения циклов, используемых в процессе.

Сопоставительный анализ признаков прототипа и предлагаемого в качестве изобретения способа

- по предлагаемому способу используют АСО технологию нанесения нанопленки контролируемой толщины (с точностью до 1 ангстрема) на одноразовые медицинские маски при температуре 80°С.

- по прототипу в маске используется изготовленный из мельтблауна (Meltblown) фильтрующий слой, который не обладает бактерицидным действием. Поэтому бактерии и вирусы частично задерживаются фильтрующим слоем, которые могут вызвать спонтанную самоконтаминацию носителя маски.

- по предлагаемому способу на медицинские маски наносится нетоксичная, абсолютно гипоаллергенная, низкой себестоимости нанопленка из оксидов титана и ванадия, которая проявляет выраженные бактерицидные свойства благодаря происходящих фотокаталитических реакций с выделением активных ионов при соприкосновении с биологическими загрязнителями вдыхаемого и выдыхаемого воздуха (бактериями и вирусами).

Примеры конкретного выполнения способа

Выписка из лабораторного журнала ФГУЗ «Дагестанская противочумная станция» Роспотребнадзора.

Был поставлен опыт по установлению бактерицидных свойств нанесенной на одноразовые медицинские маски нанопленки из оксидов титана/ванадия. На рисунках (Рис. 1 и Рис. 2) показаны вырезанные четырехугольные кусочки одноразовой медицинской маски без нанопокрытия (Рис. 1, слева; Рис. 2, слева - увеличение в сканирующем электронном микроскопе) и с покрытием (Рис. 1, справа; Рис. 2, справа - увеличение в сканирующем электронном микроскопе). Предварительно маски были стерилизованы воздействием ультрафиолетового облучения, затем через покрытую и непокрытую маски дышали по 10 раз (10 глубоких вдохов и выдохов через каждую маску). После этого их оставляли в завернутом стерильной салфеткой виде в термостате при температуре 37°С на 1 час, а затем с них брали смывы и высеивали в питательный бульон (Рис. 3) для культивирования микроорганизмов (ГРМ-бульон, производитель: ФБУН ГНЦ ПМБ Оболенск) и на плотные питательные среды (Рис. 4а, б, в, г): питательный агар для культивирования микроорганизмов (ГРМ-агар, производитель: ФБУН ГНЦ ПМБ Оболенск), кровяной агар (агар ГРМ с добавлением 10% крови), агар Эндо-ГРМ (производитель: ФБУН ГНЦ ПМБ Оболенск) и солевой агар-М (производитель: АО НПО «Микроген»).

Опыты проведены в три этапа:

I этап. Посев смывов с образцов на плотные питательные среды и питательный бульон.

II этап. Через 24 часа просмотр посевов. Высев из питательного бульона на плотные питательные среды.

III этап. Через 48 часов от начала исследования. Повторный просмотр посевов.

Сравнительный анализ результатов экспериментов показал:

Посев смывов с образцов, покрытых предлагаемой нами нанопленкой из оксидов титана/ванадия, нанесенных по технологии АСО, роста культур на питательных средах (проба) через 24 и 48 часов практически не давали ни на одной из использованных плотных питательных сред, тогда как посевы смывов с образцов, непокрытых нанопленкой (контроль), давали явный, даже сплошной рост культуры через 24 и 48 часов после высевания на плотные питательные среды: питательный агар для культивирования микроорганизмов (ГРМ-агар, рис. 4а) и кровяной агар (агар ГРМ с добавлением 10% крови, рис. 4б, в). Значительный рост наблюдался на желточно-солевом агаре (солевой агар-М) и явный рост отмечался на среде Эндо (агар Эндо-ГРМ, рис. 4г). Мазки, приготовленные из выросшей от смывов непокрытых нанопленкой масок культуры, окрашенные по Граму и изученные под микроскопом, показали на наличие в мазках грамположительных кокков, а также грамотрицательных и грамположительных палочек.

Проведенный опыт показывает, что нанопленка из оксидов титана/ванадия проявляет хорошие бактерицидные (бактериостатические) свойства.

Положительный эффект от применения предлагаемого способа

Полезность разработанного способа, предлагаемого в качестве изобретения, основана на следующих свойствах нанопленки из оксидов титана и ванадия с подложкой из оксида алюминия, нанесенного на одноразовые медицинские маски по технологии АСО: нанопленка из оксидов титана и ванадия проявляет выраженные бактерицидные (бактериостатические) свойства, улучшая барьерные свойства масок; кроме того, использованная АСО технология создает 100% конформность покрытия и равномерность пленки (до 1 ангстрема), что формирует идеально гладкую, прочную и абсолютно гипоаллергенную поверхность маски и фильтрующего ее слоя.

Создание предварительной подложки из оксида алюминия способствует лучшей адгезии нанопленки из оксидов титана и ванадия, способствует прочности пленки.

Разработанный способ придания одноразовым стерильным медицинским маскам антибактериальных свойств, полученный методом атомно-слоевого осаждения (АСО) путем нанесения нанопокрытия из оксидов титана и ванадия с подложкой из оксида алюминия, технически прост в выполнении и позволяет покрывать одномоментно серию одноразовых медицинских масок, что, в свою очередь, снижает материальные расходы и повышает экономическую эффективность.

Информация, принятая во внимание:

https://medams.ru/odnorazovye_trehsloynue_maski_respiratoru_alina - прототип;

https://novamed.shop/articles/meditsinskie-maski/

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно к способу придания одноразовым стерильным медицинским маскам антибактериальных свойств, заключающийся в использовании поверхностного нанопокрытия. На одноразовые стерильные медицинские маски и на фильтрующий слой одноразовых стерильных медицинских масок наносят подложку из оксида алюминия в газовой фазе, толщиной в 50 циклов, а затем при температуре 80 градусов по Цельсию с использованием технологии атомно-слоевого осаждения на подложке из оксида алюминия создают нанопленку из оксида титана и оксида ванадия толщиной в 50 циклов. Слои оксида титана и оксида ванадия наносят послойно и поочередно слой за слоем, оксид титана 25 циклов и оксида ванадия 25 циклов. Техническим результатом предлагаемого способа является придание одноразовым стерильным медицинским маскам антибактериальных свойств. 4 ил.

Способ придания одноразовым стерильным медицинским маскам антибактериальных свойств, заключающийся в использовании поверхностного нанопокрытия, отличающийся тем, что на одноразовые стерильные медицинские маски и на фильтрующий слой одноразовых стерильных медицинских масок наносят подложку из оксида алюминия в газовой фазе, толщиной в 50 циклов, а затем при температуре 80 градусов по Цельсию с использованием технологии атомно-слоевого осаждения на подложке из оксида алюминия создают нанопленку из оксида титана и оксида ванадия толщиной в 50 циклов; слои оксида титана и оксида ванадия наносят послойно и поочередно слой за слоем, оксид титана 25 циклов и оксида ванадия 25 циклов.