Неорганічний порошок на основі фосфату кальцію для одержання антибактеріального склоемалевого покриття

Неорганічний порошок на основі фосфату кальцію Сa3(РО4)2 для одержання антибактеріального склоемалевого покриття, який відрізняється тим, що він додатково містить фосфат цинку Zn3(РO4)2 або фосфат міді Cu3(PO4)2, або їх суміш, при наступному співвідношенні Сa3(РО4)2 : Zn3(РO4)2 : Cu3(PO4)2 = k : m : n, де k = 1, m та n = 0, 1, 2, 3. Запропонований винахід відноситься до складів неорганічних порошків на основі фосфатів кальцію, міді та цинку і може бути використаний у якості бактерицидного агенту при виготовленні склоемалевих виробів побутового та санітарнотехнічного призначення. Актуальність забезпечення надійного довгострокового антибактеріального захисту . об'єктів життєдіяльності людини визначається необхідністю підвищення якості життя, зростанням епідемій різної етіології, зокрема SARS та пташиного грипу, що забирають щорічно тисячі людей, а також незадовільним станом відомих рішень щодо боротьби з розмноженням хвороботворних бактерій в приміщеннях та обладнанні. З врахуванням поширення епідемій різної етіології антибактеріального захисту потребують місця громадського користування - лікарні (операційні та реанімаційні блоки, пологові й інфекційні відділення, медичні та фармацевтичні лабораторії), громадські їдальні (харчоблоки, холодильне устаткування, ємності для зберігання і підігріву води, санітарно-технічне обладнання), метро (личкуван ня стін емальованими архітектурно-будівельними деталями), тощо. В основу створення антибактеріальних матеріалів покладена ідея поєднання поліфункціональних матеріалів та покриттів на їх основі з бактерицидною дією катіонів Ag+, Zn2+, Cu2+, Mn4+ та ін. Методом вирішення цієї фундаментальної задачі одержання антибактеріальних склоемалевих покриттів є введення в матрицю бактерицидних нанопорошків. Так, у якості неорганічного антимікробного агенту в керамічних матеріалах використовується композиційний нанопорошок на основі срібла та фосфату циркону [1]. Антимікробний агент характеризується високою бактерицидною дією до широкого спектру патогенних бактерій, має високу хімічну стійкість та термостійкість. Однак, його використання як бактерицидного наповнювача при одержанні антибактеріальних склоемалевих покриттів не є ефективним, оскільки значно підвищується температура випалу склоемалевого покриття. Окрім цього введення даного компоненту призведе до зниження ТКЛР, що може негативно (19) UA (11) 91878 (13) C2 (21) a200806236 (22) 12.05.2008 (24) 10.09.2010 (46) 10.09.2010, Бюл.№ 17, 2010 р. (72) САВВОВА ОКСАНА ВІКТОРІВНА, БРАГІНА ЛЮДМИЛА ЛАЗАРІВНА, СОБОЛЬ НАТАЛІЯ ПЕТРІВНА, ВАСЮТІН ФЕДІР АНДРІЙОВИЧ, БАБІЧ ОЛЕНА ВІКТОРІВНА (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) US 6303183 B1, 16.10.2001 CN 1843995 A, 11.10.2006 CN 1389436 A, 08.01.2003 JP 2000095625 A, 04.04.2000 3 вплинути на теплофізичні властивості склоемалевого покриття. Відомий антибактеріальний композиційний нанопорошок, що вміщує іони Сu2+ та Zn2+, який використовується в ендопротезуванні при одержанні біоактивних стекол та покриттів на їх основі з метою взаємодії з метаболізмом бактерій і нейтралізації їх ферментів [2]. 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. Найбільш близьким за технічною сутністю є антибактеріальний керамічний порошок на основі фосфату кальцію, який використовується при одержанні антибактеріальних склоемалевих покриттів. Синтезований матеріал мав структуру на основі фосфату кальцію з катіонами Ag+ [3]. Бактерицидний порошок характеризується високою антибактеріальною активністю, однак є економічно неефективним, оскільки значно підвищує вартість склоемалевого покриття. В основу винаходу покладено завдання - розробити склад неорганічний порошок для одержання антибактеріального склоемалевого покриття з високою бактерицидною дією при незначному підвищенні собівартості покриття. З врахування сучасних тенденцій, щодо зниження вартості продукції та підвищення її конкурентоспроможності, найбільш ефективними при одержанні антибактеріальних склоемалевих покриттів є антибактеріальний неорганічний порошок на основі фосфатів кальцію з катіонами бактерицидних металів Сu2+ та Zn2+. Структура фосфатів кальцію використовується як переносник вищенаведених катіонів металів. Механізм дії іонів бактерицидних металів на бактерії полягає у поступовому вивільненні з покриття іонів металів й переходу їх у поверхневу плівку вологи, у якій перебувають мікроорганізми. Іони спричиняють видалення мембрани між цитоплазмою та стінкою клітини, що призводить до появи видимого проміжку між двома складовими клітини. Руйнування мікроорганізмів відбувається у результаті утворення вільних іонів, які поглинаються на поверхні клітини й вступають у реакцію з групами SH ферментів і протеїнами. У результаті протеїни руйнуються. Бактерицидні порошки були одержані на основі фосфатів Zn2+, Cu2+ шляхом методу хімічного осадження. Розчин Na3PO4 при інтенсивному перемішуванні додавали до розчину СаСl2, CuSO4 або ZnSO4, кількість якого в 1,5 рази перебільшує рівень, необхідний для заміни Na+ на Са, Сu2+ або Zn2+. Осади, одержані в результаті обмінної реакції дифосфату натрію та сульфатів бактерицидних металів, представляють собою в'язку гелеподібну масу перламутрово-білого або перламутровоголубого кольору. При промиванні гарячою водою осад частково розпадається і розчиняється. Відмита від сульфатів речовина при кімнатній температурі поступово розшаровується з утворенням 91878 4 прозорого гелю та шару рідини над ним. Розшаровування відбувається внаслідок виділення надлишкової вологи, залученої у ході осадження. При подальшому перебуванні на повітрі утворений гель продовжує втрачати воду за рахунок випару. За даними диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу встановлено, що синтезовані порошки мають структуру дифосфатів Са2+, Zn2+, Cu2+, що є необхідною умовою при синтезі антибактеріальних склоемалевих покриттів. Після термообробки не спостерігається якісних змін структури синтезованих порошків. Для досягнення високих антибактеріальних властивостей при одержанні антибактеріального неорганічного порошку необхідним є одночасне поєднання бактерицидної дії фосфатів кальцію, міді та цинку при співвідношенні Са3 (РО4)2: Zn3 (РО4)2: Cu3(PO4)2 = k : m : n, де k = 1, m та n = 0,1,2,3. Антибактеріальний ефект порошків оцінювали шляхом введення бактерицидного наповнювача композиції Ca3(PO4)2+Zn3(PO4)2+Cu3(PO4)3 у титанову склоемалеву фриту ЕСП-117. Емалевий шлікер з одержаної композиції склоемалевої фрити та бактерицидного наповнювача наносили на попередньо заґрунтований металевий субстрат і випалювали при температурі 820°С. Емальовані пластини було простерилізовано при 200°С на протязі 2 годин в автоклаві. Колонії Escherichia coli були вирощені бульйоні при 37°С. Розчинені бактерії 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 на ній. Високий рівень антибактеріальної активності спостерігається в складах композиційцних склоемалевих покриттів з вмістом антибактеріального неорганічного порошку від 1 до 5мас.% АНП 1, АНП 3, АНП 6 (табл. ). Найвищою антибактеріальною активністю характеризується композиційцне склоемалевих покриття на основі фрити ЕСП-117 з додаванням антибактеріального неорганічного порошку АНП 7 при співвідношенні фосфатів кальцію, фосфатів цинку та міді в ньому 1:3:1. Реалізація винаходу в промисловості дозволить отримувати якісне антибактеріальне склоемалеве покриття без використання дефіцитної та багатокоштовної сировини при значному зниженні собівартості продукції. Джерела інформації 1. Yoshikawa Т., Sawai J. Silver zirconium phosphate-containing antibacterial agents // China Price. - 2004. - Vol. 96, Issue 4. - P. 803-809. 2. Antibacterial effect and the mechanism of Cu2+, Zn2+ bearing nano-hydroxyapatite // Journal of Inorganic Materials. - 2006. - №1. - P. 128-132. 3. Dogan Α., Genser Α., Peksen С Calcium phoshate based antibacterial ceramic powder containing enamel / The 20th International Enameller Congress, Istanbul-Turkey, 15-19 May, 2005. - S.239244. 5 91878 6 Таблиця 1 Маркировка неорганічного порошку АНП3 АНП4 АНП5 АНП6 АНП1 Співвідношення Ca3(PO4)2/Zn3(PO4)2 / Сu3(РО4)2 Антибактеріальний ефект склоемалевого покриття Комп’ютерна верстка Л. Купенко АНП2 1:1:0 1:0:1 1:1:1 1:1:2 1:1:3 1:2:1 1:3:1 ++ + ++ + + ++ +++ Підписне АНП7 Тираж 28 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