Спосіб отримання нанокоректора мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин

1. Спосіб отримання нанокоректора мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин, що заснований на одержанні електрично заряджених наночастинок щонайменше одного металу із групи, що включає цинк, магній, марганець, залізо, мідь, кобальт, молібден, хром, селен, кремній, германій, ванадій, вісмут, срібло, золото, платину, паладій, шляхом абляції електродів і металевих гранул імпульсами електричного струму у воді, синтезі наночастинок у плазмі, гід U 2 (19) 1 3 38393 преміксах, проте, у зв'язку з тим, що мікроелементи зазвичай вводять у вигляді катіонів металів, то в них спостерігається хімічна несумісність, наприклад, Сu2+ і І. Найбільш перспективно застосування мікроелементів не у вигляді солей металів, а у вигляді наночастинок, оскільки наукові дослідження показали, що наночастинки металів набагато менш токсичні в порівнянні з іонною формою металів, отриманою з солей. Так, наприклад, наночастинки міді в 7 разів менш токсичні, наночастинки цинку в 30 разів менш токсичні, наночастинки заліза в 40 разів менш токсичні [див. Арсентьева И.П. Использование биологических активных препаратов на основе наночастиц металлов в медицине и сельском хозяйстве. Доклад на совещании: "Индустрия наносистем и материалы: оценка нынешнего состояния и перспективы развития". Москва, Центр "Открытая экономика". Опубл. 07.02.2006, http://www.strf.ru/client/doctrine.aspx]. Проте сучасні нанотехнології не дозволяють одержувати повністю біосумісні наноматеріали. Майже всі нанодисперсії містять щонайменше один токсичний або небажаний хімічний реагент, до яких відносяться середовище розчинення, що використовується при синтезі наночастинок, поновлюючий агент і речовина-стабілізатор. В більшості технологій отримання наночастинок надмірно покладаються на використовування органічних розчинників. Наночастинки, отримані за допомогою органічних розчинників, не є біосумісними, і тому вони не є придатними для використовування в біологічних областях застосування. Багато відновлювальних агентів, таких, як борогідриди, диметилформаміди, гідразини, є надзвичайно високоактивними хімічними реагентами і є небезпечними як екологічно, так і біологічно. Найбільші проблеми виникають на стадії стабілізації наноматеріалів. Стабілізація необхідна для підвищення стійкості наноматеріалів. Наночастинки є надзвичайно активними, оскільки координаційна сфера поверхневих атомів в них є ненасиченою, і це може призводити до агломерації наночастинок, оскільки спостерігається тенденція мінімізації повної поверхневої і міжфазної енергії системи. Вказану проблему долають за допомогою пасивації відкритих поверхневих атомів хімічними покриваючими агентами. В якості покриваючого агенту зазвичай беруть сполуки у формі основи по Люісу, ковалентно пов'язаної з поверхневими атомами металів, внаслідок чого атоми покриваючого агента виступають донорами електронів. При цьому речовина-стабілізатор приєднується до поверхні наночастинок і за рахунок електростатичного відштовхування запобігає злипанню наночастинок в агломерати. Більшість стабілізуючих і покриваючих агентів, що використовуються у формі полімерів або хімічних реагентів, є небезпечними і екологічно ризикованими речовинами. Хімічні стабілізатори, що зазвичай використовуються, включають поліфосфат натрію і аніонні агенти, такі як тіолати. Крім того, більшість технологій при стабілізації наноматеріалів включає додаткові небезпечні стадії, в яких використовуються токсичні речовини. 4 Біосумісність наноматеріалів значною мірою визначається тим, якою речовиною стабілізовані наночастинки. Тому серйозною проблемою сучасних нанотехнологій є пошук екологічно чистих стабілізуючих розчинів, що дозволяють створити екологічно нешкідливі технології отримання біосумісних наноматеріалів, застосовних для використовування в біологічних областях. Найперспективнішими і ідеальними речовинами для цієї мети є ВОДА і екстракти біологічних клітин. Будучи лігандами в координаційній сфері наночастинок, молекули води і органічні молекули екстрагованих речовин виконують декілька найважливіших функцій: стабілізації наночастинок, додання наноматеріалу екологічної чистоти з можливістю легкого заміщення біосумісних лігандов, легкого проникнення через мембрани клітин і розкриття наночастинок в клітині організму. Задачею нанотехнологій є створення умов, при яких вода і екстракти біологічних клітин стали б виконувати роль стабілізаторів наноматеріалів. Відомий спосіб отримання добавки для корекції мікроелементного складу в рослинництві, заснований на застосуванні мікроелементів в іонній формі, вибраних із групи, що включає Cu, Mn, Mo, Fe, Zn, Co, Al, V і Ni, органічних кислот, вибраних із групи, що включає молочну кислоту, гликолеву кислоту і лимонну кислоту, причому зазначену композицію одержують шляхом розчинення щонайменше одного компонента мікроелементу і щонайменше однієї органічної кислоти, вибраної із групи, що включає молочну кислоту, гликолеву кислоту й лимонну кислоту, у полярному розчиннику [патент России №2279802. Композиция для применения в сельском хозяйстве и садоводстве. МПК A01N37/44 (2006.01), C05G1/00 (2006.01), C05G3/00 (2006.01), C05D9/02 (2006.01). Опубликовано: 2006.07.20]. Недоліком відомого способу є низька екологічна чистота, обумовлена тим, що мікроелементи застосовують в іонній формі. Відомий спосіб отримання коректора мікроелементного складу на основі хімічно чистих солей мікроелементів - кобальту, марганцю, цинку, міді, що розбавляють у воді [Заявка России №2006103578. Способ лечения и профилактики заболеваний с нарушением минерального обмена. МПК А61К33/00 (2006.01), А61Р19/02 (2006.01). Опубликовано: 2007.08.20]. Недоліком відомого способу є те, що використовують мікроелементи у вигляді солей, що знижує екологічну чистоту способу. Відомий спосіб отримання коректора мікроелементного складу [патент России №2290838. Биологически активный препарат и способ его получения. МПК A23L1/30 (2006.01), A23L1/304 (2006.01), А61К36/00 (2006.01). Опубликован: 2007.01.10] на основі суміші солей мікроелементів Ва, Sn, Co, Cr, V, Zn, Fe, Mn, Mo і рослинної сировини при наступному співвідношенні рослинної сировини, мг/кг: Ва - 4,0-8,0; Sn - 6,0-15,0; З - 1,63,5; Cr - 0,10-0,49; V - 0,4-0,8; Zn - 300-600; Fe 400-800; Mn - 5,5-8,5; Mo - 0,5-5,0. 5 38393 Недоліком відомого способу є те, що використовують мікроелементи у вигляді солей, що знижує екологічну чистоту способу. Відомий спосіб отримання наночастинок і їхньої стабілізації, що включає диспергування матеріалів, додавання до нанодисперсії стабілізуючого розчину на основі водного екстракту біологічних клітин, в якості яких використовують рослинні або тваринні клітини, або клітини мікроорганізмів [Евразийская заявка №200602093. Стабилизирующие растворы для субмикронных частиц, способы их получения и способы стабилизации субмикронных частиц. МПК B01J13/00. Опубл 2007.04.27]. Недоліком способу стосовно до наночастинок мікроелементів є те, що наночастинки у відомому способі одержують диспергуванням солей металів у воді, що знижує екологічну чистоту й біосумісність нанокоректора мікроелементного складу. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання нанокоректора мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин, заснований на одержанні електрично заряджених наночастинок щонайменше одного металу із групи, що включає цинк, магній, марганець, залізо, мідь, кобальт, молібден, хром, селен, кремній, германій, ванадій, вісмут, срібло, золото, платину, паладій, шляхом абляції електродів і металевих гранул імпульсами електричного струму у воді, синтезу наночастинок в плазмі, стабілізації наночастинок [Патент України №29855. Спосіб отримання негативно заряджених наночастинок "Ерозійно-вибухова нанотехнологія отримання негативно заряджених наночастинок" МПК(2006) A61N1/40, B01J13/00, H01J19/00. Опубл 25.01.2008]. Недоліком відомого способу є те, що отримані наночастинки мікроелементів не містять у зовнішній сфері органічних лігандів, що знижує біологічну активність і біологічну сумісність одержуваного наноматеріалу. В основу корисної моделі поставлена задача створення екологічно чистого способу отримання нанокоректора мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин з високою біосумісністью й додання нанокоректору антиоксидантних властивостей. Запропонований, як і відомий спосіб отримання нанокоректора мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин заснований на одержанні електрично заряджених наночастинок щонайменше одного металу із групи, що включає цинк, магній, марганець, залізо, мідь, кобальт, молібден, хром, селен, кремній, германій, ванадій, вісмут, срібло, золото, платину, паладій, шляхом абляції електродів і металевих гранул імпульсами електричного струму у воді, синтезі наночастинок в плазмі, гідратуванні наночастинок лігандами - молекулами води, стабілізації наночастинок водним екстрактом біологічних клітин, в якості яких використовують рослинні або тваринні клітини, або клітини мікроорганізмів, і, відповідно до цієї пропозиції, стабілізацію електрично заряджених наночастинок здійснюють шляхом заміщення щонайменше одного ліганду в гідратних оболонках наночастинок молекулами 6 органічної речовини з водного екстракту біологічних клітин. При цьому заміщають ліганди в гідратних оболонках наночастинок молекулами органічної речовини із класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, жирів, вуглеводів, амінокислот, білків. У пропонованому способі стабілізацію електрично заряджених наночастинок здійснюють шляхом заміщення щонайменше одного ліганду в гідратних оболонках наночастинок молекулами органічної речовини з водного екстракту біологічних клітин. Це підвищує екологічну чистоту способу й біосумісність отриманого наноматеріалу. У пропонованому способі заміщають ліганди в гідратних оболонках наночастинок молекулами органічної речовини із класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, жирів, вуглеводів, амінокислот, білків. Це підвищує біологічну сумісність і біологічну активність наноматеріалу за рахунок хелатування наночастинок молекулами органічних речовин. У пропонованому способі одержують електрично заряджені наночастинки мікроелементів, що мають електричний заряд, утворений надлишком електронів. Це дозволяє додати нанокоректору мікроелементного складу антиоксидантні властивості. Ан тиоксиданти - найважливіші речовини для боротьби з вільними радикалами. Вільні радикали - це сполуки, яким не дістає одного електрона, і тому вони прагнуть все окислити, тобто забрати відсутній електрон в однієї з молекул у клітинах організму. Якщо це здійснюється, порушується внутрішньоклітинний баланс, здійснюється ланцюгова реакція, і в ослаблену клітину проникають нові вільні радикали. Антиоксидантними властивостями володіють речовини, здатні виступати донорами електронів. Пропонований спосіб дозволяє отримати наноматеріал, у якому донорами електронів виступають як негативно заряджені наночастинки, так і нанооболонки, що мають негативно заряджений зовнішній шар. Спосіб отримання нанокоректора мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин здійснюють таким чином. В якості вихідної сировини використовують металеві гранули необхідних мікроелементів, воду й екстракт біологічних клітин. Спочатку отримують нанодисперсію мікроелементів диспергуванням гранул відповідних металів або групи металів шляхом абляції електродів і металевих гранул імпульсами електричного струму у воді [Див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл. 25.05.2007. Бюл. №7]. Металеві гранули поміщають в судину для диспергування і рівномірно розміщують їх на дні судини між електродами. В судину наливають воду. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарованого металу, в точках контактів металевих гранул одна з одною виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. В каналах розряду температура досягає 10тис. 7 38393 градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки. що розлітаються, потрапляють у воду, о холоджуються в ній і утворюють колоїдний розчин наночастинок мікроелементів. При диспергування гранул виникають свіжоутворені поверхні, які володіють властивістю випускати потік електронів [див. Открытие №290 от 7 июня 1986г. Конюшая Ю.П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физико-технические науки. Издво МГУ. 1988. с.372-374]. Емісія електронів є результатом високої густини зарядів свіжоутворених поверхонь. При розділенні поверхонь під час руйнування матеріалу гранул здійснюється розділення різнойменних зарядів, що призводить до утворення в областях розривів речовини електричного поля напруженістю до 107В/см. Таке електричне поле вириває електрони з поверхні матеріалу. Це фізичне явище призводить до того, що наночастинки, знаходячись в потоках електронів, набувають поверхневий електричний заряд із знаком "мінус". В результаті, наночастинки набувають антиоксидантні властивості. Наночастинки виступають як донори електронів. Полярні молекули води є акцепторами електронів і створюють наногідратні оболонки за рахунок електростатичного зв'язку із зарядженою поверхнею наночастинок. Оскільки молекули води є диполями, у яких заряди із знаком "плюс" розташовані на ядрах водню, то вони за рахунок електростатичного поля обволікають електрично заряджені наночастинки, утворюючи наногідратні оболонки. Молекули води утримуються навколо наночастинок за рахунок кулонівських сил, що виникають між протонами молекул води і зарядженою поверхнею наночас Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 8 тинки. Кожна пара електронів на поверхні наночастинки утримує одну молекулу води. Молекули води в наногідратних оболонках орієнтовані атомами водню до поверхні наночастинок, а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратної оболонки і утворюють негативно заряджений зовнішній шар наногідратної оболонки. В результаті, гідратовані наночастинки набувають антиоксидантні властивості. На другому етапі здійснюють стабілізацію наночастинок шляхом заміщення щонайменше одного ліганду в гідратних оболонках наночастинок молекулами органічної речовини з водного екстракту біологічних клітин. При цьому заміщають ліганди в гідратних оболонках наночастинок молекулами органічної речовини із класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, жирів, вуглеводів, амінокислот, білків. Для цього використовують водний екстракт біологічних клітин. Біологічні клітини є рослинними, або тваринами клітинами, або клітинами мікроорганізмів. Нанодисперсію мікроелементів змішують із водним екстрактом біологічних клітин і перемішують розчин. Молекули води в наногідратних оболонках наночастинок заміщаються молекулами органічної речовини. В результаті, навколо наночастинки на додаток до наногідратної оболонки формується нанооболонка з молекул екстрагованих речовин, в якій молекули утворюють негативно заряджений зовнішній шар. Наноматеріал набуває високу біосумісніть за рахунок використання в зовнішній координаційній сфері наночастинок молекул екстракту біологічних клітин і додаткові антиоксидантні властивості. Ступенем заміщення молекул води в оболонках наночастинок молекулами екстрагованих речовин легко управляти шляхом зміни концентрації екстрагованих речовин у розчині. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601