Описание

СОРБЦИОННО-БАКТЕРИЦИДНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области разработки сорбционно- бактерицидных материалов для очистки жидкостей и газов от высокодисперсных частиц и мифобиологических загрязнений, в том числе медицинского назначения. Более конкретно, изобретение относится к модифицированию сорбционных материалов, а также к способу изготовления и способам использования сорбционно-бактерицидного материала.

В настоящее время все актуальнее становится потребность в высокоэффективных сорбентах, характеризующихся не только высокими селективностью, скоростью и полнотой извлечения веществ из различных сред, но также и одновременной бактерицидной обработкой, например, для очистки питьевой воды, воздуха, или применения в качестве медицинских сорбентов. Большинство существующих в настоящее время бактерицидных сорбционных материалов получают в основном путем модифицирования органических или неорганических сорбентов серебром, реже йодом или другими соединениями. При фильтровании различных сред микробиологические загрязнения сорбируются материалами, в качестве которых широко используются материалы с гранулированной и волокнистой структурой, при этом жизнеспособность мифоорганизмов не только сохраняется, но и идет их размножение. В результате происходит биообрастание сорбентов и выброс микроорганизмов в фильтрат. Предотвращение биообрастания сорбентов остается актуальной проблемой и на решение этой проблемы направлены разработки новых сорбентов.

В уровне техники известно использование порошкообразного активированного угля с размером частиц от 0, 1 до 2000 мкм. В комплексном способе глубокой очистки и кондиционирования воды [WO 96/20139 А1, 1996] обрабатываемую воду подвергают предварительной фильтрации,

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) сорбционной обработке и финишной микрофильтрации на фильтрующих элементах с размером пор 0, 5-10 мкм. При этом в процессе очистки используют многочисленные сорбенты, в том числе бактерицидный сорбент - серебряная форма активного угля.

Также известен сорбционно-фильтрующий трехслойный волокнистый материал для очистки газов [RU 2188695 С2, 2002], средний слой которого выполнен из ультратонких перхлорвиниловых волокон, содержащих частицы активного угля, обработанного азотнокислым серебром, или из активированных углеродных волокон, обработанных азотнокислым серебром.

Все вышеперечисленные материалы получены обработкой носителя материала солями металла, например, раствором соли серебра. Бактерицидная добавка находится на поверхности этих материалов либо в виде изолированных ионов, либо в виде комплексных соединений. Эти материалы, упомянутые выше, не обеспечивают необходимого уровня эффективности очистки от коллоидных частиц и вирусов, размер которых находится в пределах 30 нм. К недостаткам добавляется и то, что бактерицидные свойства используемых материалов определяются ионами бактерицидных компонентов, переходящими в процессе фильтрации в очищаемую среду, таким образом, загрязняя ее. Кроме этого, для обеспечения продолжительности сохранения бактерицидных свойств для данных материалов необходима пропитка носителей концентрированными растворами солей металлов, в то время, как известно, что при определенных повышенных концентрациях бактерицидных ионов металлов они ядовиты. Вода, содержащая ионы серебра, оказывает токсикологическое воздействие на организм человека, так как по степени вредного воздействия на высшие организмы серебро относится к высокоопасным веществам согласно ГОСТ 12.1.007-76. Согласно санитарным нормам ПДК серебра в питьевой воде составляет 0, 05 мг/л. К тому же, все известные способы получения модифицированных сорбентов связаны с длительной химической обработкой поверхности матрицы бактерицидной добавкой. Поэтому данные бактерицидные материалы не могут использоваться для очистки особо чистых жидкостей, а также для очистки фармацевтических препаратов, питьевой воды и других, потребляемых человеком жидкостей. Известен [US 2008026041 А1, 2008] фильтровальный материал, в котором для антимикробного эффекта нановолокна оксида алюминия импрегнированны ионным серебром. Недостатки использования ионного серебра отмечены выше.

В последнее время усилился интерес к особым состояниям материалов, так называемым металлическим наноагрегатам. Агрегаты представляют собой коллоидные частицы металлов наноструктурных размеров и обладают особыми, неожиданными свойствами, отличными как от свойств изолированных атомов, так и от массивного металла. Повышенная реакционная способность связана с более развитой площадью поверхности и более активной поверхностью частиц наноструктурных размеров. Стабильные наноструктурные частицы, например, серебра обладают высокой бактерицидной активностью и представляют интерес для создания на их основе эффективных бактерицидных фильтрующих элементов для очистки различных сред, обеспечивающих эффективную очистку не только от различных примесей, но также и от болезнетворных микроорганизмов.

В медицинской практике и ветеринарии широко известно антимикробное действие таких металлов, как Ag, Au, Pt, Pd, Си и Zn [Н.Е, Morton. Pseudomonas in Disinfection, Sterilisation and Preservation, ed. S.S. Block, Lea and Febider 1977 и N. Grier Silver and Its Compounds in Disinfection, Sterilisation and Preservation, ed. S.S. Block, Lea and Febiger, 1977]. Хотя указанные соединения эффективны в виде растворимых солей, они не обеспечивают продолжительной защиты, т.к. происходит их потеря вследствие вымывания или комплексообразования свободных ионов серебра. Для решения этой проблемы указанные соединения необходимо возобновлять через небольшие промежутки времени. Повторное применение не всегда является практически осуществимым, особенно в тех случаях, когда применяются постоянные или имплантированные медицинские устройства.

Известны перевязочный комплект [RU 71068 U1, 2008], в котором слой, контактирующий с кожей, имеет дополнительный слой, содержащий частицы металла из наночастиц серебра от 80 до 99, 7%, железа от 0, 1 до 20%, алюминия от 0, 1 до 20%, меди от 0, 1 до 20% и раневое покрытие [RU 2314834 С1, 2008] на основе тканых и нетканых материалов природного или синтетического происхождения, содержащее частицы металла, обладающего биологической активностью к патогенной флоре, при этом в качестве частиц металла оно содержит наночастицы серебра от 80 до 99, 7%, железа от 0, 1 до 20%, алюминия от 0, 1 до 20%, меди от 0, 1 до 20%. Наночастицы металлов нанесены в вакуумной камере с помощью магнетронного напыления. Перевязочный комплект является дорогостоящим и получают по сложной технологии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому материалу, способу его изготовления и способу фильтрования является вариант выполнения фильтрующего материала для газообразной среды [WO 2009031944 А2, 2009], который содержит в качестве основы, по меньшей мере, один слой из нетканого полимерного волокнистого материала, на волокнах которого закреплены частицы гидрата оксида алюминия. Материал дополнительно содержит антимикробную добавку, представленную азотнокислым серебром. К недостаткам этого материала можно отнести использование, в первую очередь, ионного серебра, так как серебро в ионном виде менее активно по сравнению с серебром в виде коллоидного серебра в качестве бактерицидного компонента. Описан также способ получения фильтрующего материала для газообразной среды, в котором наносят частицы материала на основе алюминия в виде водной или водно-спиртовой суспензии, а затем осуществляют гидролиз частиц материала на основе алюминия. Дополнительно в водную или водно-спиртовую суспензию перед нанесением ее на основу вводят антимикробные вещества. К основному недостатку способа получения материала по прототипу можно отнести то, что размеры ионов используемого азотнокислого серебра не позволяют сорбироваться на частицах гидрата оксида алюминия и удерживаться ими, а поэтому переходят в процессе фильтрации в очищаемую среду, таким образом, загрязняя ее. Описан также способ фильтрования, включающий обеспечение контакта газообразной среды с фильтрующим материалом, в котором используется материал для фильтрации только газообразных сред и не пригоден для фильтрования жидких сред и в этом его недостаток.

В заявке [US 2008026041 А1, 2008] предлагается медицинская структура, выбранная нами в качестве прототипа для предлагаемого собрционно-бактерицидного материала в качестве медицинского сорбента. Медицинская структура включает наряду с нановолокнами оксида алюминия, вторыми волокнами, смешанными с нановолокнами оксида алюминия, и частицы, распределенные на нановолокнах оксида алюминия. Вышеупомянутые частицы могут представлять собой бактерицидное средство-ионы серебра.

Так как данная медицинская структура изготовлена по бумажной технологии, т.е. межволоконное поровое пространство небольшое, она не обладает достаточной сорбционной емкостью для впитывания и удержания раневого экссудата, что является наиболее важным свойством раневых повязок.

Таким образом, очевидно, что существует потребность в принципиально новых материалах для более качественной очистки жидкой и газообразной сред от частиц мельчайших размеров, включая патогенную микрофлору.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, явилось создание нового сорбционного материала с улучшенными бактерицидными свойствами при одновременном сохранении сорбционных свойств материала, пригодного для стерилизации жидких или газовых сред и сорбции высокодисперсных частиц, обеспечивающего возможность длительной работы без биообрастания, а также, предотвращающего вторичное бактериальное заражение фильтрата и загрязнение его тяжелыми металлами.

Другой технической задачей, стоящей перед разработчиками, была разработка нового менее продолжительного и трудоемкого способа модифицирования сорбционного материала.

Следующей технической задачей изобретения была разработка способа фильтрования, включающего обеспечение контакта жидких и газообразных сред с предлагаемым сорбционно-бактерицидным материалом.

Следующей задачей изобретения было расширение арсенала нетканых материалов медицинского назначения, обладающих высокими сорбционными свойствами, а также антибактериальной и противовирусной активностью и, как следствие, ранозаживляющей способностью.

Поставленная задача при осуществлении заявляемой группы изобретений по объекту - сорбционно-бактерицидный материал достигается тем, что заявляемый сорбционно-бактерицидный материал включает, по меньшей мере, один слой основы из нетканого полимерного волокнистого материала с закрепленными на его волокнах частицами гидрата оксида алюминия и неорганический бактерицидный компонент.

Особенность заключается в том, что неорганический бактерицидный компонент сорбирован на частицах гидрата оксида алюминия.

При этом, высокопористые частицы гидрата оксида алюминия имеют, по существу, пластинообразную форму со стороной 100-200 нм и толщиной 5-8 нм.

Кроме того, по меньшей мере, часть частиц гидрата оксида алюминия сгруппирована в агломераты размером 0, 2-5, 0 мкм, удельной поверхностью 100-350 м²/г, пористостью 50-95 %.

Кроме того, количество частиц гидрата оксида алюминия в нем составляет 15-45 мас.%.

Также, основа из нетканого полимерного волокнистого материала образована волокнами из ацетата целлюлозы, полисульфона или другого биоинертного полимера, имеющими диаметр 0, 1-10 мкм, предпочтительно 1-3 мкм.

При этом, вышеупомянутый материал получен, например, методом электроформования или мельт-блаун технологией, позволяющими получать нетканые материалы с упомянутым диаметром волокна.

Целесообразно, что содержание неорганического бактерицидного компонента в материале составляет 0, 05-2, 5 мг/г материала.

Также целесообразно, что в качестве неорганического бактерицидного компонента выбраны частицы коллоидного серебра или комплексы йода с поливинилпирролидоном или поливиниловым спиртом.

Кроме того, частицы коллоидного серебра имеют, по существу, сферическую или близкую к сферической форму размером от 5 до 50 нм, в основном, 20-30 нм. Поставленная задача достигается также тем, что в способе получения сорбционно-бактерицидного материала на слой основы из нетканого полимерного волокнистого материала наносят частицы материала на основе алюминия в виде водной или водно-спиртовой суспензии, с последующим гидролизом частиц материала на основе алюминия.

Новым является то, что основу из нетканого полимерного волокнистого материала с закрепленными на его волокнах частицами гидрата оксида алюминия дополнительно обрабатывают неорганическим бактерицидным компонентом для сорбирования последнего на частицах гидрата оксида алюминия.

Кроме того, обработку осуществляют пропиткой раствором неорганического бактерицидного компонента или разбрызгиванием последнего на материал. Кроме того, пропитку раствором неорганического бактерицидного компонента проводят в течение 10 мин - 24 часов, предпочтительно в течение 30-60 мин, при комнатной температуре.

Также, время обработки разбрызгиванием раствора неорганического бактерицидного компонента на материал определено способом нанесения раствора на материал, например, ручным или автоматизированным способом.

Целесообразно то, что обработку ведут до содержания неорганического бактерицидного компонента в материале 0, 05-2, 5 мг/г материала.

В качестве неорганического бактерицидного компонента выбраны частицы коллоидного серебра или комплексы йода с поливинилпирролидоном или поливиниловым спиртом.

Кроме того, частицы коллоидного серебра имеют по существу, сферическую или близкую к сферической форму размером от 5 до 50 нм, в основном, 20-30 нм.

Предпочтительно, что обработанный сорбционно-бактерицидный материал сушат при температуре 80-100°С в течение 2-4 часов.

Кроме того, частицы гидрата оксида алюминия имеют, по существу, пластинообразную форму со стороной 100-200 нм и толщиной 5-8 нм, по меньшей мере, часть частиц гидрата оксида алюминия сгруппирована в агломераты размером 0, 2-5, 0 мкм, удельной поверхностью 150-350 м²/г, пористостью 50-95 %, при этом количество частиц гидрата оксида алюминия в нетканом полимерном волокнистом материале составляет 15-45 мас.%. Основа из нетканого полимерного волокнистого материала образована волокнами из ацетата целлюлозы, полисульфона или другого биоинертного полимера, имеющими диаметр 0, 1 -10 мкм, предпочтительно 1 -3 мкм.

При этом, вышеупомянутый материал получен, например, методом электроформования, мельт-блаун технологией, позволяющими получать нетканые материалы с упомянутым диаметром волокна.

Целесообразно, что в качестве материала на основе алюминия используют материал с размером частиц менее 1 мкм.

Предпочтительно то, что в качестве материала на основе алюминия используют порошок алюминия с удельной поверхностью 7-28 м²/г, полученный методом электрического взрыва проволоки или другим методом, позволяющем получать порошки алюминия данного размера.

Предпочтительно также то, что в качестве материала на основе алюминия используют порошок состава алюминий-нитрид алюминия с процентным соотношением AI/AIN от 95: 5 до 5: 95, предпочтительно с содержанием AIN в композиции 30-70% и с удельной поверхностью не менее 7 м²/г, предпочтительно 11-27 м²/г,. полученного методом электрического взрыва проволоки или другим методом, позволяющем получать порошки алюминия данного размера и состава.

Задача решается также тем, что способ фильтрования жидких или газообразных сред предусматривает пропускание жидкой или газообразной среды через сорбционно-бактерицидный материал, выполненный по любому из пп.1-9 и полученный способом по любому из пп 10-23. Также тем, что сорбционно-бактерицидный материал находится в составе фильтра.

При этом, сорбционно-бактерицидный материал удерживает электроотрицательные частицы, например, бактерии, вирусы, высокодисперсные и коллоидные частицы, гуминовые вещества, бактериальные эндотоксины, нуклеиновые кислоты, протеины, энзимы и др.

Целесообразно, что при фильтровании жидких сред используют 8- 14 слоев сорбционно-бактерицидного материала для удержания электроотрицательных частиц, например, бактерий, вирусов, бактериальных эндотоксинов, нуклеиновых кислот, протеинов, энзимов и др. Целесообразно, что при фильтровании жидких сред используют 2-4 слоя сорбционно-бактерицидного материала для удержания высокодисперсных и коллоидных частиц, гуминовых веществ.

При этом, указанная жидкая среда представляет собой воду, водный раствор, биологическую жидкость.

Целесообразно, что при фильтровании газообразных сред используют 2-8 слоев сорбционно-бактерицидного материала для удержания высокодисперсных механических примесей, бактерий, вирусов.

Задача решается также тем, что медицинский сорбент включает, по меньшей мере, один слой сорбционно-бактерицидного материала, выполненного по любому из пп.1-9 и изготовленного способом по любому из пп. 10-23, для лечебных и/или гигиенических изделий, включая раневые повязки.

Изобретение иллюстрируется фигурами 1-4. На фиг.1 показаны высокопористые частицы гидрата оксида алюминия в виде бессистемно изогнутых пластинок неправильной геометрической формы (снимок сделан методом просвечивающей электронной микроскопии).

На фиг.2 показан агломерат частиц гидрата оксида алюминия с сорбированными частицами коллоидного серебра, которые видны по периферии агломерата в виде более плотных округлых вкраплений (снимок сделан методом просвечивающей электронной микроскопии).

На фиг.З показаны агломераты частиц гидрата оксида алюминия, закрепленные на волокне нетканого полимерного материала (снимок сделан методом сканирующей электронной микроскопии).

На фиг.4 показаны хаотично расположенные волокна нетканого полимерного материала с закрепленными на них высокопористыми частицами гидрата оксида алюминия (снимок сделан методом сканирующей электронной микроскопии). W

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В качестве сорбционного материала используют нетканый полимерный волокнистый материал, модифицированный частицами гидрата оксида алюминия, который обладает высокой эффективностью удержания микроорганизмов и в то же время низким гидродинамическим сопротивлением, имеет развитую удельную поверхность, высокий положительный заряд на поверхности частиц и высокую пористость, чтобы обеспечивать необходимую скорость фильтрации. Высокой удельной поверхностью и электроположительным зарядом обладает гидрат оксида алюминия, получаемый гидролизом нанопорошков алюминия. Преимуществом материалов из полимерных волокон является их химическая и биологическая инертность, способность сохранять механическую прочность даже после длительного нахождения в воде, а также способен поглощать и удерживать большой объем жидкости в межволоконном поровом пространстве. Эти материалы не подвергаются микробиологическому разложению, что является очень важным при производстве фильтров. Нетканый полимерный материал образован волокнами, например, из ацетата целлюлозы, полисульфона, как раз и обладает достаточной пористостью и имеет диаметр волокон 0, 1-10 мкм, предпочтительно 1-3 мкм. Использование материала с меньшим диаметром волокон приводит к увеличению гидродинамического сопротивления материала, а на материале с большим диаметром волокон закрепляется меньше частиц гидрата оксида алюминия, что приводит к снижению эффективности очистки жидкости и газообразной смеси от микроорганизмов и коллоидных частиц. Такие материалы с нужным диаметром волокна получают различными методами, например, методом электроформования, мельт-блаун технологии и др.

Высокопористые частицы гидрата оксида алюминия, закрепленные на основе, имеют, по существу, пластинообразную форму со стороной 100- 200 нм и толщиной 5-8 нм. Термин «пластинообразная форма» частиц гидрата оксида алюминия выбран потому, что они представляют собой, чаще всего, бессистемно изогнутые пластинки неправильной геометрической формы. Часть частиц гидрата оксида алюминия сгруппирована в агломераты размером 0, 2-5, 0 мкм, удельной поверхностью 100-350 м²/г, пористостью 50-95 %. Минимальный размер агломератов обусловлен размером отдельной пластинки гидрата оксида алюминия, а максимальный размер определяется исходной концентрацией суспензии частиц материала на основе алюминия и их распределением по длине волокна основы из нетканого полимерного материала в процессе пропитки и последующего гидролиза алюминия. Количество частиц гидрата оксида алюминия в материале составляет 15-45 мас.%. При меньшем содержании в материале частиц гидрата оксида алюминия не обеспечивается необходимая эффективность сорбции, а верхний предел содержания частиц гидрата оксида алюминия определен сорбционными свойствами основы из нетканого полимерного волокнистого материала.

Этот вышеописанный материал может быть модифицирован бактерицидным компонентом для придания ему антибактериальных свойств. В качестве бактерицидного компонента могут использоваться, например, частицы коллоидного серебра или комплексы йода с поливинилпирролидоном или поливиниловым спиртом, или другие лекарственные препараты. При этом, предпочтение отдано частицам коллоидного серебра. Обосновано содержание бактерицидного компонента в материале и составляет 0, 05-2, 5 мг/г нетканого материала. Такое содержание коллоидного серебра или йода обеспечивает бактерицидный эффект, и в то же время, содержание серебра или йода в фильтрате не превышает предельно допустимого уровня и не происходит вторичного загрязнения фильтрата серебром. Частицы коллоидного серебра имеют по существу, сферическую или близкую к сферической форму размером от 5 до 50 нм, в основном, 20-30 нм. Частицы данного размера хорошо сорбируются и удерживаются частицами гидрата оксида алюминия.

Получение заявляемого сорбционно-бактерицидного материала осуществляют следующим образом. В первую очередь на слой основы из нетканого полимерного волокнистого материала наносят водную или водно- спиртовую суспензию из частиц материала на основе алюминия с последующим гидролизом частиц материала на основе алюминия для закрепления на волокнах основы частиц гидрата оксида алюминия. В качестве материала на основе алюминия используют порошок алюминия с удельной поверхностью 7-28 м²/г, полученный методом электрического взрыва проволоки или другим методом, позволяющем получать порошки алюминия данного размера. В качестве материала на основе алюминия используют порошок состава алюминий-нитрид алюминия с процентным соотношением AI/AIN от 95: 5 до 5: 95, предпочтительно 70: 30% и с удельной поверхностью не менее 7 м²/г, предпочтительно 1 1-27 м²/г,. полученного методом электрического взрыва проволоки или другим методом, позволяющем получать порошки алюминия данного размера и состава. Гидролиз проводят при температуре 30-80°С, предпочтительно, при 50-60°С в течение 30-90 минут. Реакция гидролиза алюминия имеет достаточно длительный индукционный период, что требует дополнительных энергетических затрат. Гидролиз алюмо-нитридной композиции (AI/AIN) протекает с меньшим индукционным периодом, при этом скорость реакции гидролиза выше, чем в случае реакции гидролиза алюминия. Далее основу из нетканого полимерного волокнистого материала с закрепленными на ней частицами гидрата оксида алюминия отжимают для удаления излишней влаги под вакуумом и сушат при температуре 20-100°С в течение 2-4 часов. Затем полученный сорбционный материал обрабатывают неорганическим бактерицидным компонентом. Обработка представляет собой пропитку раствором неорганического бактерицидного компонента в течение времени, не превышающем 24 часов при комнатной температуре, предпочтительно в течение 30-60 минут, или разбрызгивание последнего на материал. Время обработки разбрызгиванием раствора неорганического бактерицидного компонента на материал определена способом нанесения раствора на материал, например, ручным или автоматизированным способом. Обработку ведут до содержания неорганического бактерицидного компонента в 0, 05-2, 5 мг/г нетканого материала. В качестве неорганического бактерицидного компонента не случайно выбраны частицы коллоидного серебра или комплексы йода с поливинилпирролидоном или поливиниловым спиртом. В случае использования частиц коллоидного серебра, последние лучше сорбируются и удерживаются сорбционным материалом по сравнением с ионами серебра. Ионы серебра используют, преимущественно, для инактивации микроорганизмов в растворе и в фильтрующих устройствах с малым ресурсом работы. К тому же, частицы серебра коллоидного размера обладают более высокой бактерицидной активностью по сравнению с частицами серебра большего размера и ионами серебра. Частицы коллоидного серебра, сорбированные на высокопористых частицах гидрата оксида алюминия, уничтожают микроорганизмы, удерживаемые данным сорбционным материалом. Бактерицидное действие этого материала с частицами коллоидного серебра сохраняется в течение длительного времени по причине того, что не происходит вымывания серебра в фильтрат.

Способ получения коллоидного серебра известен [Аналитическая химия серебра. И. В. Пятницкий, В. В. Сухан. М: Наука. 1975. С. 60] и основан на восстановлении нитрата серебра танином в щелочной среде.

Концентрация коллоидного серебра в полученном растворе определяет размер частиц коллоидного серебра и составляет от 14 до 140 мг/л. Данный диапазон концентраций выбран для получения частиц коллоидного серебра размером от 5 до 50 нм. Необходимо обработать сорбционный материал таким количеством раствора коллоидного серебра, чтобы после его обработки на нем сорбировалось частиц коллоидного серебра 0, 05-2, 5 мг/г.

Получение комплекса йода с поливинилпирролидона и комплекса йода с поливиниловым спиртом также известно [Мохнач В. О. Йод и проблемы жизни. П., 1974. 254 с].

После обработки сорбционного материала комплексом йода и поливинилпирролидона на нем закрепляется йода от 0, 05-2, 5 мг/г.

Обработанный сорбционно-бактерицидный материал сушат при температуре 80-100°С в течение 2-4 часов. Предлагаемое изобретение дает принципиальную возможность решения перечисленных проблем за счет придания требуемых сорбционный и бактерицидных свойств нетканому полимерному материалу. Изобретение поясняется следующими примерами и таблицами.

Пример 1.

Для изготовления сорбционного материала использовали лист нетканого полимерного волокнистого материала из ацетата целлюлозы марки ПА-15-2. Лист нетканого полимерного волокнистого материала размером 50*50 см помещали в водную суспензию частиц алюмонитридной композиции с отношением AI/AIN-60: 40, выдерживали в течение 20 мин, затем проводили гидролиз в сухожаровом шкафу при температуре 60°С. Затем полученный фильтровальный материал сушили при 100°С до постоянного веса и определяли содержание гидрата оксида алюминия гравиметрическим методом. Содержание гидрата оксида алюминия в сорбционном материале составило 35%.

Для изготовления сорбционно-бактерицидного материала образец сорбционного материала пропитывали раствором коллоидного серебра. Раствор коллоидного серебра готовили по следующей методике: к 940 мл дистиллированной воды добавляли 30 мл буферного раствора (рН 9, 6), 20 мл раствора танина 0, 1 % концентрации, 10 мл 0, 025 М раствора азотнокислого серебра. В полученном растворе содержание коллоидного серебра составляет 27 мг/л. Для приготовления буферного раствора к 26, 8 мл 0, 1 М раствора гидроксида натрия приливали 0, 05 М раствор тетрабората натрия до объема 100 мл.

В полученный раствор помещали образец сорбционного материала, выдерживали 30 мин при комнатной температуре, отжимали и сушили при температуре 100°С в течение 4 часов. В изготовленном сорбционно- бактерицидном материале содержание коллоидного серебра составляло 0, 3 мг/г.

Пример 2.

Для изготовления сорбционного материала использовали лист нетканого полимерного волокнистого материала из полисульфона со средним диаметром волокон 2 мкм. Лист нетканого полимерного волокнистого материала размером 50*50 см помещали в водную суспензию частиц алюмонитридной композиции с отношением AI/AIN-70: 30, выдерживали в течение 20 мин, затем проводили гидролиз в сухожаровом шкафу при температуре 60°С. Затем полученный фильтровальный материал сушили при 100°С до постоянного веса и определяли содержание гидрата оксида алюминия гравиметрическим методом. Содержание гидрата оксида алюминия в сорбционном материале составило 31 %.

Для изготовления сорбционно-бактерицидного материала образец сорбционного материала пропитывали раствором коллоидного серебра. Раствор коллоидного серебра готовили по следующей методике: к 940 мл дистиллированной воды добавляли 30 мл буферного раствора (рН 9, 6), 20 мл раствора танина 0, 1 % концентрации, 15 мл 0, 025 М раствора азотнокислого серебра. В полученном растворе содержание коллоидного серебра составляет 40 мг/л. Для приготовления буферного раствора к 26, 8 мл 0, 1 М раствора гидроксида натрия приливали 0, 05 М раствор тетрабората натрия до объема 100 мл.

В полученный раствор помещали образец сорбционного материала, выдерживали 60 мин при комнатной температуре, отжимали и сушили при температуре 100°С в течение 4 часов. В изготовленном сорбционно- бактерицидном материале содержание коллоидного серебра составляло 0, 9 мг/г.

Пример 3.

Для изготовления сорбционно-бактерицидного материала образец сорбционного материала по примеру 1 или 2 пропитывали раствором комплекса йода с поливинилпирролидоном (комплекса йода с поливиниловым спиртом). Раствор комплекса йода с поливинилпирролидоном готовили по следующей методике: 140 г поливинилпирролидона растворяли в 0, 8 л дистиллированной воды, добавляли 150 мл раствора, содержащего 10 г кристаллического йода и 10 г калия йодистого, затем доводили объем до 1 л. Анализ полученного водного раствора йода, калия йодистого и поливинилпирролидона показал его соответствие требованиям временной фармакопейной статьи ВФС 42-181 1- 88 " Раствор йодовидона 200 мл полученного раствора наносили на образец сорбционного материала размером 50*50 см и сушили при комнатной температуре до постоянного веса. В изготовленном сорбционно- бактерицидном материале содержание йода составило 0, 1 мг/г.

Раствор комплекса йода с поливиниловым спиртом готовили по следующей методике: в сосуд из стекла, нержавеющей стали либо эмалированный, емкостью в 1 литр, помещали 9 г поливинилового спирта, наливали 700— 800 мл воды и оставляли на 0, 5— 3 часа для набухания полимера с целью повышения его растворимости. Затем сосуд нагревали в течение 0, 5— 1, 5 часов при 90— 100°С до получения прозрачного раствора, после чего охлаждали до комнатной температуры. В полученный раствор вводили 100— 150 мл водного раствора, содержащего 3 г кристаллического йода и 3 г йодистого калия, после чего объем доводили водой до 1 литра. Раствор при этом окрашивается в темно-синий цвет. Образец сорбционного материала размером 50*50 см помещали в полученный раствор, выдерживали 60 мин, отжимали и сушили при комнатной температуре до постоянного веса. В изготовленном сорбционно-бактерицидном материале содержание йода составило 0, 05-0, 08 мг/г. Сорбция бактерий E.coli:

Примеры 4-9.

Для проведения испытаний вырезали диск размером 47 мм, состоящий из 14 слоев сорбционно-бактерицидного материала, полученного по примерам 1 или 2, помещали его в испытательную ячейку Sortorius. Испытания проводили на установке напорной фильтрации фирмы Владисарт НЕ-100.

Через ячейку пропускали 15 л модельного раствора E.coli в водопроводной воде с концентрацией 10²— 10⁴ КОЕ/мл в интервале скоростей фильтрации 0, 22-0, 64 см/с. Фильтрат отбирали и производили посев на чашки Петри с питательной средой, инкубировали при 37°С в течение 24 часов и затем подсчитывали число колониеобразующих единиц (КОЕ). Эффективность очистки воды во всех случаях составила 100%, что подтверждается данными, указанными в таблице 1. Таблица 1

Сорбция бактериофага MS2:

Примеры 10-14.

Через ячейку с 14-слойным сорбционно-бактерицидным материалом, полученного по примерам 1 или 2, в виде диска диаметром 47 мм пропускали 15 л модельного раствора вируса MS2 в водопроводной воде с концентрацией 10²— 10⁴ БОЕ/мл в интервале скоростей 0, 04-0, 45 см/с. Фильтрат отбирали и высевали на чашки Петри с мясо-пептонным агаром, содержащим взвесь E.coli. Инкубировали при 37°С в течение 24 часов и затем определяли наличие колифагов по появлению или отсутствию зон лизиса. Результаты отражены в таблице 2.

Таблица 2

Сорбция бактериального эндотоксина:

Примеры 15-18.

В результате гибели бактерий может образовываться бактериальный эндотоксин, который при попадании в воду может стать причиной возникновения аллергических реакций. Через ячейку с 14- слойным сорбционно-бактерицидным материалом, полученного по примерам 1 или 2, в виде диска диаметром 47 мм пропускали модельный раствор дистиллированной воды, дающей положительную реакцию на бактериальный эндотоксин. Концентрацию бактериального эндотоксина в модельной воде и фильтратах определяли in vitro с помощью ЛАЛ-теста. Результаты отражены в таблице 3.

Таблица 3

Предотвращение биообрастания:

Пример 19.

Из листа сорбционно-бактерицидного материала, полученного по примерам 1 или 2, содержащего 39% гидрата оксида алюминия и 0, 27 мг/см² коллоидного серебра изготовили 14-слойный картридж высотой 10 дюймов. Картридж закрепили в фильтродержателе и в течение 60 суток пропускали водопроводную воду, зараженную бактериями E.coli. Концентрация E.coli в течение всего периода испытания была не менее 10³ КОЕ/100 мл раствора. Эффективность микробиологической очистки в течение всего периода испытания составляла 100%. Максимальная нагрузка на фильтр составила 1, 53x 10⁵ КОЕ/см². В процессе эксплуатации фильтра не наблюдается размножение бактерий на сорбционно-бактерицидном материале и вымывание их в фильтрат, что подтверждается данными, указанными в таблице 4.

Таблица 4

Сорбция коллоидного железа:

Примеры 20-23.

Через ячейку с 4-слойным сорбционно-бактерицидным материалом, полученного по примерам 1 или 2, в виде диска диаметром 47 мм пропускали модельный раствор коллоидного железа. Содержание железа в фильтрате определяли фотоколориметрическим методом (ГОСТ 401 1-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа). Примеры NQ 20-23 доказывают, что увеличение концентрации коллоидного железа в воде не приводит к снижению эффективности фильтрации, однако наблюдается снижение производительности и срока службы фильтра за счет забивания сорбционно-бактерицидного материала коллоидными частицами, что отражено таблицей 5.

Таблица 5

Вымывание алюминия и серебра из сорбционно-бактерицидного материала:

Примеры 24-28.

Образцы сорбционно-фильтровального материла с различным содержанием частиц гидрата оксида алюминия и серебра, полученные по примерам 1 или 2, исследовали на вымывание частиц серебра и ионов алюминия. Через ячейку с 14-слойным сорбционно-бактерицидным материалом в виде диска диаметром 47 мм пропускали 500 мл дистиллированной воды. В фильтрате определяли содержание серебра (ГОСТ Р 52180-2003 Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионной вольтамперометрии) и алюминия фотоколориметрическим методом с индикатором алюминоном (ГОСТ 18165-89 Вода питьевая. Методы определение массовой концентрации алюминия). Эти примеры подтверждают, что не происходит вторичного загрязнения фильтрата компонентами сорбционно-бактерицидного материала (таблица 6). Таблица 6

Воздушные фильтры. Фильтрация микроорганизмов:

Примеры 29-36

Общую бактериальную обсемененность воздуха или микробное число (КОЕ/м³) определяли путем забора пробы воздуха на чашки Петри с питательной средой при помощи аппарата Кротова. Для этого чашку Петри с тонким слоем питательной среды устанавливали на вращающемся столике аппарата Кротова. Сверху опускали крышку с клиновидной щелью для засасывания воздуха и закрывали ее герметично. Над крышкой размещали диск сорбционно-бактерицидного материала, полученного по примерам 1 или 2, размером 100 мм. Воздух, засасываемый в прибор и содержащий микроорганизмы, сначала проходил через слои сорбционно- бактерицидного материала, далее через клиновидную щель в крышке аппарата и ударялся о поверхность питательной среды, находящейся в чашке Петри. При этом микроорганизмы прилипали к питательной среде. После пропускания 1 м³ воздуха чашку Петри вынимали, закрывали крышкой и помещали в термостат при 37°С. Через 24 часа проводили подсчет колоний. Результаты отражены в таблице 7. Таблица 7

Через аппарат Кротова с сорбционно-бактерицидным материалом прокачивали аэрозоль, содержащий микроорганизмы. Результаты отражены в таблице 8.

Таблица 8

Использование сорбционно-бактерицидного материала в качестве медицинского сорбента:

В примерах 37-39 использовали образцы сорбционно- фильтровального материла с различным содержанием частиц гидрата оксида алюминия и серебра, полученные по примеру 1 или 2.

Испытания ранозаживляющего действия сорбционно-бактерицидного материала проводили в ГОУ ВПО СибГМУ г. Томск. Содержание животных осуществлялось в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей (Страсбург, 1986).

Пример 37.

Заживление неинфицированной раны. В экспериментах на животных использовали перевязочное средство, состоящее из 14 слоев сорбционно-бактерицидного материала в атравматичной оболочке из полипропиленового нетканого полотна, расположенного со стороны раны и сетчатого трикотажного полиэфирного полотна с противоположной ране стороны. В качестве объектов исследования использовали белых нелинейных мышей массой 19-21 г.

Испытания проводили на 3 группах животных:

1. Группа с экспериментальной раной без лечения (контроль 1) - 20 мышей;

2. Группа с экспериментальной раной с марлевой повязкой (контроль

2) - 20 мышей;

3. Группа с экспериментальной раной с заявляемым сорбционно- бактерицидным материалом - 20 мышей.

Влияние сорбционно-бактерицидного материала на заживление раневого дефекта изучали на модели «кожного лоскута». На депиллированном участке спины у мышей под эфирным наркозом вырезали лоскут кожи размером 10x10 мм. Применение сорбционно-бактерицидного материала способствовало уменьшению на 79 % диаметра раны на 14 сутки наблюдения в сравнении с контролем 2, где животным наносили марлевую повязку. Ускорение сроков заживления под действием сорбционно- бактерицидного материала составило 11 % по сравнению как с контролем 1, так и с контролем 2. К 14 суткам у 73, 3 % животных опытной группы 3 наблюдалось полное заживление ран, в то время как в контрольной группе 1 таких животных было меньше в 1, 6 раз, и только у 53, 8 % из контрольной группы 2 зафиксировано полное заживление ран в этот срок.

Заявляемый сорбционно-бактерицидный материал оказывает положительное влияние на заживление кожной лоскутной раны, сокращая сроки заживления раневого повреждения, увеличивая количество животных с полной эпителизацией раневого дефекта, пласт эпителиальных клеток более тонкий и ровный. При использовании сорбционно-бактерицидного материала происходит более активное созревание грануляционной ткани.

Пример 38.

Заживление инфицированной раны. В качестве объектов исследования использовали 2 группы белых беспородных половозрелых крыс-самцов массой 200-220 грамм по 5 крыс в группе. Выбор животных был обусловлен тем, что по многим параметрам кожа у крыс морфологически приближается к коже человека.

Животным под наркозом выполняли бритье кожи на спине в межлопаточной области. В это место вводили 1 мл взвеси бактерий Pseudomonas aeruginosa в концентрации 10⁸ микробных тел и 1 мл взвеси Staphylococcus aureus в концентрации 5> < 10⁸ микробных тел. Через сутки проводили вскрытие полостей абсцессов и посевы из ран с помощью тампонов. В полости вводили сорбционно-бактерицидный материал (1 группа - 5 животных) или марлевые шарики (2 группа - 5 животных), аналогичные по объему, и зашивали наглухо. Исследовали пробы мазков, взятые у крыс из экспериментальной раны кожного покрова. Пробы засевали на чашках Петри с кровяным агаром и помещали в термостат при температуре +37°С. Подсчет колоний проводили через 24 часа (таблица 9).

Таблица 9

Исследования антимикробных свойств сорбционно-бактерицидного материала в отношении патогенной микрофлоры раневой поверхности, которые проводили на белых беспородных половозрелых крысах, показали, что при использовании разработанного сорбционно-бактерицидного материала наблюдается снижение бактериальной обсемененности раневых поверхностей при заражении синегнойной палочкой на 3-4 сутки. При инфицировании ран стафилококком использование материала вызвало тенденцию к снижению бактериальной обсемененности.

Пример 39.

Перевязочное средство на основе сорбционно-бактерицидного материала (включающий частицы коллоидного серебра) было испытано на 9 добровольцах. Из них 3 человека с сорванными мозолями, 2 человека с содранными коленями, 1 человек с мокнущим нейродермитом на руках, 2 человека с резаными ранами на руках и 1 человек с рваной гнойной раной ноги.

На раны накладывались образцы материала по размеру и форме чуть больше раны. Повязку меняли 1 раз в сутки. По субъективным ощущениям всех добровольцев материал не оказывает раздражающего и аллергического действия.

Сорбционно-бактерицидный материал эффективно поглощает и удерживает раневой экссудат и гнойное отделяемое инфицированной раны, что создает благоприятные условия для заживления раны. Механизм данного эффекта связан с высокой сорбционной емкостью волокнистого материала, удерживающей способностью и антибактериальными свойствами материала. Использование материала позволяет создавать оптимальный влажностный режим в ране. Материал ускоряет заживление раны, оказывая положительное влияние на процессы регенерации тканей в ране.

Пример 40. Использовали образцы сорбционно-фильтровального материла с различным содержанием частиц гидрата оксида алюминия и комплекса йода, полученные по примеру 3.

Перевязочное средство на основе сорбционно-бактерицидного материала было испытано на 3 добровольцах с гнойными ранами различной локализации.

На раны накладывались образцы материала по размеру и форме чуть больше раны закрепляли лейкопластырем или стерильным бинтом. Повязку меняли 1 раз в сутки. По субъективным ощущениям всех добровольцев материал не оказывает раздражающего и аллергического действия.

Сорбционно-бактерицидный материал эффективно поглощает и удерживает раневой экссудат и гнойное отделяемое инфицированной раны, что создает благоприятные условия для заживления раны, кроме того, в рану постепенно выделяется йод из комплекса, оказывая антисептический эффект. Материал ускоряет заживление раны, оказывая положительное влияние на процессы регенерации тканей в ране.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предлагаемый сорбционно-бактерицидный материал обладает одновременно с высокими сорбционными свойствами улучшенными бактерицидными свойствами, при этом он обеспечивает возможность длительной работы без биообрастания, предотвращает вторичное бактериальное заражение фильтрата и загрязнение его тяжелыми металлами, что позволяет эффективно использовать его для стерилизации жидких или газовых сред и сорбции высокодисперсных частиц в различных производственных, медицинских помещениях, где необходимы высокие требования к чистоте воздуха, в бытовых, производственных системах очистки жидкостей, в частности воды, а также в медицине в качестве медицинского сорбента для лечебных, гигиенических изделий, включая раневые повязки.