Способ получения антибактериального адсорбента Российский патент 2025 года по МПК A61K33/38 A61K33/06 A61P31/04 B01J20/12 C02F1/28 C02F1/50 

Изобретение относится к области получения адсорбентов с антибактериальными свойствами на основе бентонитовых глин, модифицированных ионами серебра, которые могут быть использованы в традиционной и ветеринарной медицине при лечении огнестрельных, ожоговых и гнойных ран, а так же с целью очистки питьевой воды от бактерий.

Известен способ получения антимикробного препарата по патенту RU 2330673, (опубликовано 10.08.2008 г) биосовместимого с жидкостями и тканями организма животного и человека, включающий модифицирование Na-формы бентонитовой глины водными растворами солей серебра или меди. В начальной стадии модифицирования нативной бентонитовой глины ее обогащают ионами Na⁺ путем обработки ее 3-10 масс.% водным раствором хлорида натрия с последующей промывкой и фильтрацией полученного полуфабриката, который модифицируют 10-20 масс.% раствором водорастворимых неорганических солей металлов серебра или меди в массовом соотношении бентонит : раствор 1 : (10-40), полученную суспензию выдерживают в течение 12-24 часов, далее модифицированную бентонитовую глину отмывают от солей металлов, не внедренных в кристаллическую решетку монтмориллонита, как основного минерала слагающего бентонитовую глину, фильтруют и измельчают до размера частиц 20-150 нм.

Недостатком данного способа является довольно трудоемкий процесс подготовки бентонита к модифицированию, т.к. используется метод переведения бентонита из кальциевой глины в Na-форму. Также многократно используется отмывка от избытка солее металлов и не внедренных в кристаллическую решетку монтмориллонита ионов Na⁺,Ag⁺,Cu²⁺ на различных стадиях процесса, что приводит к загрязнению промывных вод.

Известен способ получения антимикробного препарата по патенту US20120093907 (опубликован 2012 г.), согласно которому 1% масс. суспензию из наносиликатных пластин обрабатывают раствором нитрата серебра (AgNO₃) масс.% при соотношении Ag⁺ : глина равном 7 : 93. Добавляют 6-8 мл метанола. Химическое взаимодействие проводят при помощи ультразвукового воздействия на водяной бане при 70-80°C. Композит может быть использован для биомедицинских применений, например, для борьбы с инфекциями и лечения больных с ожогами кожного покрова.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного получения наносиликатных пластин из слоистых глинистых минералов, что значительно влияет на продолжительность процесса и себестоимость продукта. Также используют метанол, который является ядовитым веществом. Содержание серебра в опытных образцах, определенное масс-спектрометрическим методом (ICP-MS), соответствует от 120 до 190 частей на миллиард.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения материала с антибактериальными свойствами на основе бентонитовых глин (патент RU 2522935, опубликован 20.07.2014 г.), который включает следующие стадии: бентонитовую глину модифицируют в растворе, содержащем ионы серебра, а именно, водным раствором нитрата серебра с концентрацией 0,16-9,9 масс.% в массовом соотношении глина : водный раствор нитрата серебра 1:5 в течение 3-7 часов при температуре от 10°С до температуры кипения, затем промывают полученный материал дистиллированной водой до pH≈5-6, т.е. до полного удаления избытка нитрата серебра. После этого раствор отстаивают при комнатной температуре, декантируют и высушивают осадок при температуре 20-160°С. Этот способ был выбран как прототип.

Недостатком данного способа является отмывка дистиллированной водой полученного материала от избытка нитрата серебра, что приводит к частичному вымыванию ионов серебра из полученного материала в связи с тем, что механизм связывания ионов металлов, в том числе и ионов серебра, на бентонитовых глинах основан на ионном обмене. Десорбция ионов металлов столь же велика сколь и адсорбция их на поверхности и в межпакетном пространстве монтмориллонита.

Поэтому отмывание полученного материала от избытка нитрата серебра приводит к загрязнению промывных вод ионами серебра и нитрат-ионами, что является экономически невыгодным и экологически нецелесообразным.

В основу настоящего изобретения положена задача расширения ассортимента способов получения адсорбентов с антибактериальными свойствами на основе бентонитовых глин, модифицированных ионами серебра.

Технический результат заключается:

- в высокой способности адсорбента, полученного предлагаемым способом, подавлять рост Escherichia coli за счет высвобождения ионов серебра с поверхности адсорбента и адсорбции микроорганизмов на поверхности адсорбционноактивного монтмориллонита, как основного минерала бентонитовой глины;

- в устранении безвозвратной потери серебра и нитратов, за счет утилизации отработанных кислых фиксажных фотографических растворов, содержащих ионы серебра и в исключении загрязнения промывных вод ионами серебра и нитрат-ионами, за счет отсутствия в предлагаемом способе признака «промывка полученного материала дистиллированной водой».

Поставленная задача решаентся следующим образом:

- на первом этапе смешивают бентонитовую глину с содержащим ионы серебра отработанным кислым фиксажным фотографическим раствором при массовом соотношении глина : фиксажный раствор 1 : (8-150), затем последовательно добавляют 4-8 мл не менее 10 об.% водного раствора аммиака, 5-10 мл не менее 40 масс.% водного раствора NaOH, 5-10 мл не менее 22 масс.% водного раствора сахарозы;

- на втором этапе производят модифицирование путем нагревания на кипящей водяной бане не менее 20 минут, затем выделившийся черный осадок отфильтровывают и высушивают при комнатной температуре, а после измельчают на шаровой мельнице до размера частиц 250-500 нм.

Содержание серебра в опытных образцах определяют микрорентгеноспектральным методом с использованием энергодисперсионного анализатора EDAX в сочетании со сканирующим электронным микроскопом Quanta 200 3D. Примеры, поясняющие сущность изобретения.

Пример 1: бентонитовую глину смешали с отработанным кислым фиксажным фотографическим раствором в массовом соотношении глина:фиксажный раствор 1:150 и последовательно добавили 4 мл 10 об.% водного раствора аммиака, 5 мл 40 масс.% водного раствора NaOH, 5 мл 22 масс.% водного раствора сахарозы. Смесь в конической колбе нагрели на кипящей водяной бане в течение 20 минут, затем выделившийся черный осадок отфильтровали и высушили при комнатной температуре, а после измельчили на шаровой мельнице до размера частиц 250-500 нм. Содержание серебра в опытном образце составило 3,09 масс.%. Результаты элементного анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1. Элементный состав экспериментального адсорбента по примеру 1.

Пример 2: бентонитовую глину смешали с отработанным кислым фиксажным фотографическим раствором в массовом соотношении глина:фиксажный раствор 1:8 и последовательно добавили 8 мл 10 об.% водного раствора аммиака, 10 мл 40 масс.% водного раствора NaOH, 10 мл 22 масс.% водного раствора сахарозы. Смесь в конической колбе нагрели на кипящей водяной бане в течение 20 минут, затем выделившийся черный осадок отфильтровали и высушили при комнатной температуре, а после измельчили на шаровой мельнице до размера частиц 250-500 нм. Содержание серебра в опытном образце составило 0,18 масс.%. Результаты элементного анализа представлены в таблице 2.

Таблица 2. Элементный состав экспериментального адсорбента по примеру 2.

Пример 3: бентонитовую глину смешали с отработанным кислым фиксажным фотографическим раствором в массовом соотношении глина:фиксажный раствор 1:8 и последовательно добавили 4 мл 10 об.% водного раствора аммиака, 5 мл 40 масс.% водного раствора NaOH, 5 мл 22 масс.% водного раствора сахарозы. Смесь в конической колбе нагрели на кипящей водяной бане в течение 20 минут, затем выделившийся черный осадок отфильтровали и высушили при комнатной температуре, а после измельчили на шаровой мельнице до размера частиц 250-500 нм. Содержание серебра в опытном образце составило 0,16 масс.%. Результаты элементного анализа представлены в таблице 3.

Таблица 3. Элементный состав экспериментального адсорбента по примеру 3.

Сравнение антибактериальной активности полученного по примеру 1 адсорбента (содержание серебра в опытном образце составляет 3,09 масс.%) с прототипом (содержание серебра составляет 0,14 масс.%) провели на примере эталонной тест-культуры Escherichia coli штамм АТСС 25922 DSM 1103. По классификации микробиологической безопасности Escherichia coli относится к условно-патогенным микроорганизмам (ПБА IV группы). Для сравнения подготовили 3 конические колбы, в каждую из которых добавили 100 мл питательной среды (1% раствор пептона) и простерилизовали в автоклаве. Таким же образом простерилизовали суспензии адсорбентов, полученные путем растворения 1г порошка в 10мл дистиллированной воды. Концентрации серебра в полученных суспензиях составили 3,09 мг/мл для полученного адсорбента и 0,14 мг/мл для прототипа. В асептических условиях в первую колбу добавили 1 мл суспензии экспериментального адсорбента, во вторую 1 мл суспензии адсорбента - прототипа, в третью ничего не добавляли, оставив ее как контроль. Затем в каждую колбу внесли взвесь Escherichia coli из расчета 1-10⁷ КОЕ (Колониеобразующих единиц) на 1 мл среды. Культивацию провели в шейкере, при температуре 36°C в течение 12 часов.

Размножение бактерий определили, измеряя оптическую плотность среды на спектрофотометре ПЭ-5300ВИ в начале и конце эксперимента. Рост кишечной палочки относительно контроля считали, как отношение разницы оптической плотности образца к разнице оптической плотности в контрольной колбе и умножали на 100% для перевода в процентный вид. Ингибирование роста бактерий считали, как отношение разницы оптической плотности контроля и образца к изменению оптической плотности контроля и умножали на 100% для перевода в процентный вид. Результаты определения антибактериальной активности по отношению к Escherichia coli представлены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты исследования антибактериальной активности прототипа и экспериментального адсорбента.

Сравнение с прототипом показало, что полученный адсорбент способен угнетать рост и развитие условно-патогенной культуры Escherichia coli. Антибактериальный эффект сильнее эффекта запатентованного прототипа.

Себестоимость сорбентов рассчитывали по формуле . 1 г экспериментального адсорбента стоит 0,84руб, а 1 г прототипа 20,96руб, что в 25 раза больше.

Приведенный пример является подтверждением осуществимости заявленного способа и достижения поставленной задачи. Предлагаемый способ позволяет получать адсорбент, на основе бентонитовой глины и отработанных кислых фиксажных фотографических растворов, обладающий антибактериальными свойствами по отношению к Escherichia coli. Данные позволяют сделать вывод о том, что полученный адсорбент проявляет бактериостатический эффект и его себестоимость будет в 25 раз ниже себестоимости адсорбента получаемого в прототипе за счет использования при его производстве более дешевых компонентов. Так же предложенный способ позволяет с пользой утилизировать отработанный кислый фиксажный фотографический раствор.

Предлагаемый способ позволяет получать адсорбент, обладающий антибактериальным эффектом по отношению к Escherichia coli.

Изобретение может быть использовано в медицине при лечении огнестрельных, ожоговых и гнойных ран, а также с целью очистки питьевой воды от бактерий. Способ получения адсорбента с антибактериальными свойствами на основе бентонитовых глин включает модифицирование глины в растворе, содержащем ионы серебра, и сушку готового материала. Модифицирование глины проводят отработанным кислым фиксажным фотографическим раствором при массовом соотношении глина : фиксажный раствор 1:8-150 с последовательным добавлением 4-8 мл не менее 10 об.% водного раствора аммиака, 5-10 мл не менее 40 масс.% водного раствора NaOH, 5-10 мл не менее 22 масс.% водного раствора сахарозы. Затем смесь нагревают на кипящей водяной бане в течение не менее 20 мин, фильтруют выделившийся черный осадок, высушивают при комнатной температуре и измельчают на шаровой мельнице до размера частиц 250-500 нм. Изобретение позволяет получить адсорбент, способный подавлять рост Escherichia coli, устранить безвозвратную потерю серебра и нитратов за счет утилизации отработанных кислых фиксажных фотографических растворов, исключить загрязнение промывных вод ионами серебра и нитрат-ионами. 4 табл., 3 пр.

Способ получения адсорбента с антибактериальными свойствами на основе бентонитовых глин, включающий модифицирование глины в растворе, содержащем ионы серебра, и сушку готового материала, отличающийся тем, что модифицирование глины производят отработанным кислым фиксажным фотографическим раствором при массовом соотношении глина : фиксажный раствор 1:8-150 с последовательным добавлением 4-8 мл не менее 10 об.% водного раствора аммиака, 5-10 мл не менее 40 масс.% водного раствора NaOH, 5-10 мл не менее 22 масс.% водного раствора сахарозы, с последующим нагреванием на кипящей водяной бане в течение не менее 20 мин и фильтрацией выделившегося черного осадка с последующим высушиванием при комнатной температуре и измельчением на шаровой мельнице до размера частиц 250-500 нм.