Бактерицидний неорганічний порошок

Бактерицидний неорганічний порошок, що містить гідроксіапатит, який відрізняється тим, що додатково містить оксид титану при співвідно4+ 4+ шенні Ті (Ті +Са) = 0,03-0,07. Корисна модель належить до складів неорганічних порошків на основі гідроксіапатиту, модифікованого оксидом титану, і може бути використаний як бактерицидне при виготовленні склоемалевих виробів побутового та санітарнотехнічного призначення. На сьогоднішній день все більшої уваги набуває створення та використання в різних галузях промисловості і в побуті корозійкостійких до біоагентів матеріалів: пластмас, композиційних матеріалів, спеціальних стекол, а також металевих, полімерних, склокерамічних та склоемалевих покриттів. Актуальність забезпечення антибактеріального захисту об'єктів життєдіяльності людини пов'язана зі зростанням та поширенням епідемій, зокрема пташиного грипу та А Н1 / N1. Бактерії, які є стійкими до дії антибіотиків, є проблемою в багатьох країнах. Так, за даними ООН на 2009 рік кожен з десяти європейців, які відвідують лікарні, можуть бути зараженим бактеріальними та вірусними інфекціями. Приблизно 50000 чоловік в Європі помирають кожен рік від інфекцій, які вони отримали в результаті госпіталізації від інших хвороб. Разом з антибактеріальним захистом місць громадського користування важливою проблемою є також забезпечення стійкості антибактеріальних матеріалів до різних видів грибів, які сприяють розвитку та поширенню небезпечних вірусів та бактерій. Ефективна бактерицидна дія проти біоагентів бактерій проявляється при введенні в склад речо+ 2+ 2+ 2+ вин з олігодинамічною дією Ag , Hg ,Cd , Cu , 3+ 2+ 2+ 3+ 4+ Au , Ni , Zn , As , Ti , Pb та інших. Однак, у ряді випадків при введенні вищезазначених іонів металів не спостерігається протидія до біоагентів грибів. Важливість створення корозійкостійких матеріалів до обох видів біоагентів пояснюється протіканням під впливом водяного та органічного середовища, атмосфери як бактеріальної біокорозії, так і грибкової. Для вирішення захисту матеріалів від біокорозії ефективним є комбіноване застосування іонів металів з олігодинамічною дією. Біокорозія тугоплавких, неметалічних, силікатних матеріалів (ТНСМ), зокрема, склоемалевих (19) UA (11) 60382 (13) U (21) u201000022 (22) 11.01.2010 (24) 25.06.2011 (46) 25.06.2011, Бюл.№ 12, 2011 р. (72) САВВОВА ОКСАНА ВІКТОРІВНА, БРАГІНА ЛЮДМИЛА ЛАЗАРІВНА, ВОРОНОВ ГЕНАДІЙ КОСТЯНТИНОВИЧ, ВАСЮТІН ФЕДІР АНДРІЙОВИЧ, БАБІЧ ОЛЕНА ВІКТОРІВНА (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) Yulong M. Antibacterial effects of the Cu(II)exchanged montmorillonite on Escherichia coli K88 and Salmonella choleraesuis / M.Yulong, G.Peng, X. Zirong // Veterinary Microbiology.-2005.- Vol. 105, Issue 2, 31.-P. 113-122. Sawai J. Quantitative evaluation of antifungal activity of metallic oxide powders (MgO, CaO and ZnO) by an 3 покриттів спричинена зростанням біоагентів в мікропорах матеріалу. Біоагенти сприяють створенню напруги розтягнення, що призводить до зміни структури матеріалу, а з часом і до його руйнування. Результатом дії біоагентів є зменшення міцності матеріалу та втрата інших споживчих характеристик. Продукти життєдіяльності біоагентів також можуть визивати алергічні реакції. Візуально біокорозія проявляється у вигляді кольорових плям та нальоту на поверхні ТНСМ. Відома розробка порошку монтморіллоніту (ММТ-Cu), який використовується як бактерицидний агент. За результатами дослідження антибактерільних властивостей Сu(ІІ), щодо дії Escherichia coli АТСС К88 і Salmonella choleraesuis ATCC 50020 були встановлено, що порошок характеризується високими антибактеріальними властивостями, але не проявляє фунгіцидної дії [1]. Японськими вченими Технологічного інституту м. Канагава [2] було проведено ряд досліджень щодо встановлення антибактеріальної активності порошків CaO, MgO, ZnO методом непрямої кондуктометрії. Порошки СаО, MgO показали значний бактерицидний ефект проти дії грибів. Порошок ZnO також гальмував ріст грибів, однак такий ефект вимагав його значної кількості більше ніж -1 100 мг на мл , що позначиться в свою чергу на токсичності матеріалу. Використання СаО та MgO також не є ефективним, оскільки їх введення до складу склоемалевого покриття вплине на збільшення температури випалу. Найбільш близьким за технічною сутністю є антибактеріальний композиційний нанопорошок, 2+ 2+ що вміщує іони Сu та Zn , який використовується в ендопротезуванні при одержанні біоактивних стекол та покриттів на їх основі з метою взаємодії з метаболізмом бактерій і нейтралізації їх ферментів [3]. Даний порошок характеризується високою біосумісністю, однак має невисоку бактерицидну дію і не може протидіяти таким мікробам, як Staphylococcus aureus, Streptococcus Pneumoniae та іншим стійким хвороботворним бактеріям. В основу корисної моделі покладено завдання - розробити склад неорганічного порошку для склоемалевого покриття з високою антибактеріальною та антигрибковою стійкістю при незначному підвищенні собівартості покриття. З врахування сучасних тенденцій, щодо зниження вартості продукції та підвищення її конкурентоспроможності, найбільш ефективними при одержанні антикорозійних до біоагентів склоемалевих покриттів є неорганічний порошок на основі гідроксіапатиту, модифікованого оксидом титану. Технічний результат забезпечується тим, що в рішенні, яке пропонується, бактерицидний неорганічний порошок містить гідроксіапатит і відповідно до корисної моделі містить оксид титану при спів4+ 4+ відношенні Ті (Ті + Сa) = 0,03 - 0,07. Методом вирішення знешкодження біоагентів на поверхні склоемалевих покриттів з використанням гідроксіапатиту, модифікованого оксидом титану є застосування гетерогенного фотокаталізу безпечного та високоефективного способу розкладання мікроорганізмів під дією світла в присутності каталізатору. Основну роль в процесі розщеплен 60382 4 ня речовин на поверхні фотокаталізатору під дією світла відіграє утворення вільних носіїв заряду електронів та вакансій при опромінення поверхні фотокаталізатору світлом з довжиною хвилі менше 390 нм. В якості каталізаторів використовують широко відомі ТіО2 та ZnO. Фотокаталітичну активність можуть проявляти SnO2, СеО2 та іншу речовини. Механізм дії ТіО2 як каталізатора полягає в: - поглинанні світла - зародження пар - вакансія; - дифузії електронів та вакансій до поверхні напівпровідника; - об'ємній рекомбінації електронів та вакансій; - поверхневій рекомбінації електронів та вакансій; - реакції електронів та вакансій з адсорбованими молекулами. Гідроксіапатит було одержано розчинним методом. При осадженні з водних розчинів при pH > 6 одержали дрібнокристалічний порошок. 10Са(ОН)2 + 6Н3РО4 = Ca10(РО4)6(ОН)2 ↓. + 18Н2О Як реагенти для одержання гідроксі апатиту можуть використовуватися, наприклад, хлорид кальцію та фосфат натрію. На початковій стадії реакції утворюються аморфні осади фосфатів кальцію зі співвідношенням Са / Р, яке необов'язково співпадає зі стехіометричним 1,67, що є характериним для гідроксіапатиту. Лише протязгом тривалого періоду (5-10 днів) відбувається кристалізація гідроксіапатиту. ЗСаСl2 + 2Na3PO4 = Са3(РО4)2 ↓ + 6NaCl Форма кристалів гідроксіапатиту, який отримують методом осадження, може бути різноманітною: стрижні, голки, округлі частки, тонкі пластини. Гідроксіапатит проявляє високу біологічну сумісність і використовується як матрица для одержання неорганічного порошку. Для досягнення антикорозійної дії до біоагентів до складу гідроксіапатиту (ГАП) - матриці додають оксид титану - наповнювач при співвідно4+ 4+ 2+ шенні Ті (Ті +Са ) = 0,03 - 0,07. Суміш ГАП та ТіО2 змішують та просіюють крізь сито № 63 декілька разів для рівномірного розподілення наповнювача в матриці. Суміш спресовують у вигляді циліндрів з висотою та діаметром 1 см. Модифікований гідроксіапатит - спікають при температурі 580-660 °С у муфельній печі протягом 2 годин. За даними РФА, ДТА та ІЧ-спектроскопії синтезований неорганічний порошок має структуру гідроксіапатиту з включенням кристалів ТіО2, що є необхідною умовою при синтезі бактерицидних неорганічних порошків. Після термообробки не спостерігається якісних змін структури синтезованих порошків. Антибактеріальний та антигрибковий ефект неорганічного порошку - бактерицидного наповнювача оцінювали шляхом його введення у титанову склоемалеву фриту ЕСП-117 у кількості від 1 до 5 мас.% на 100 мас.% фрити. Емалевий шлікер з одержаної композиції склоемалевої фрити та бактерицидного наповнювача наносили на попередньо заґрунтований ме 5 60382 талевий субстрат і випалювали при температурі 820 °С. Емальовані пластини було простерилізовано при 200 °С протягом 2 годин в автоклаві. Колонії Escherichia coli та Aspergillus niger були вирощені в бульйоні при 37 °С. Розчинені бактерії та гриби разом з розчином були поміщені на дно чашок Petri, таким чином щоб шар бактерій знаходився у тісному контакті з емальованою пластиною. Антибактеріальна активність емальованої поверхні визначалася як ступінь скорочення росту бактерій та грибів на ній. Найвищим антибактеріальним ефектом Еаб до дії Escherichia coli та антигрибковим ефектом склоемалевого покриття Еаг до дії Aspergillus niger характеризуються склади композиційцних склое 6 малевих покриттів НП-4 та НП-5 з вмістом синтезованого неорганічного порошку від 1 до 5 мас. % 4+ 4+ 2+ при співвідношенні Ті /(Ті +Са )=0,06-0,07 (табл.), композиційцне склоемалеве покриття НП 2 з вмістом синтезованого неорганічного порошку 5 4+ 4+ 2+ мас. % при співвідношенні Ті /(Ті +Са )=0,04 композиційцне склоемалеве покриття НП 3 з вмістом синтезованого неорганічного порошку 5 мас. 4+ 4+ 2+ % при співвідношенні Ті /(Ті +Са )=0,05. Зниження Еаб та Еаг спостерігається при співвідно4+ 4+ 2+ шенні Ті /(Ті +Са )=0,03-0,05 в композиційцному склоемалевих покритті НП 1 з вмістом синтезованого неорганічного порошку від 1 до 5 мас. % та для НП-2, НП-3 з вмістом синтезованого неорганічного порошку від 1 до 3 мас. %. Таблиця Маркування неорганічного порошку 4+ 4+ 1 НП-1 0,03 3 5 55 45 60 45 60 50 2+ Ті / (Тi +Са ) Содержание НП, мас.% Еаб, % Еаг,% 1 НП-2 0,04 3 5 60 60 60 60 75 70 Реалізація корисної моделі в промисловості дозволить отримувати якісне антибактеріальне та антигрибкове склоемалеве покриття без використання дефіцитної та багатокоштовної сировини при значному зниженні собівартості продукції. Джерела інформації. 1. Yulong M. Antibacterial effects of the Cu(II)exchanged montmorillonite on Escherichia coli K88 and Salmonella choleraesuis / M.Yulong, G.Peng, X. Zirong // Veterinary Microbiology.-2005.- Vol. 105, Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 1 НП-2 0,05 3 5 65 65 65 65 80 75 1 НП-4 0,06 3 5 85 75 85 75 85 80 1 НП-5 0,07 3 5 90 82 90 85 90 85 Issue 2, 31.-P. 113-122. 2. Sawai J. Quantitative evaluation of antifungal activity of metallic oxide powders (MgO, CaO and ZnO) by an indirect conductimetric assay / J.Sawai, T. Yoshikawa // Journal of Applied Microbiology. - 2004. - Vol. 96, Issue 4. - P. 803-809. 3. Antibacterial effect and the mechanism of Cu2+, Zn2+ bearing nano-hydroxyapatite // Journal of Inorganic Materials. - 2006. - № 1. - P. 128-132. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601