Спосіб отримання колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку znco3

Реферат: Винахід належить до галузі нанобіоматеріалів, що містять цинк, та може бути використаний як джерело цинку при створенні препаратів для терапії та профілактиці дефіциту цинку у тварин. Запропоновано спосіб отримання колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO, який включає змішування розчинів ацетату цинку Zn(Ac)2 і цитрату натрію Na3Cit у мольному співвідношенні 1:0,75, додавання карбонату натрію Nа2СО3 у стехіометричному співвідношенні до Zn(Ac)2 при інтенсивному перемішуванні, нагрівання отриманої суміші до 80-85 °C та витримування її при цій температурі і постійному перемішуванні впродовж 40-50 хвилин, проведення діалізу отриманого колоїдного розчину до значення рН 7,4-7,8 та його стабілізації розчином 0,6-6 мас. % полівінілпіролідону. UA 113942 C2 (12) UA 113942 C2 Отриманий біологічно сумісний колоїдний розчин наночастинок карбонату цинку ZnCO3 з розміром 185±30 нм може бути використаний як джерело цинку при створенні препаратів для терапії та профілактики дефіциту цинку у організмі. UA 113942 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі нанобіоматеріалів, що містять цинк, та може бути використаний як джерело цинку при створенні препаратів для терапії та профілактики дефіциту цинку у тварин. 2+ Відомо, що в біологічних системах цинк існує як у зв'язаній формі, так і у вигляді іонів Zn , який є складовим структурним компонентом багатьох цинковмісних білків включно з молекулами клітинних сигнальних шляхів. Показано, що дефіцит цинку може бути фактором впливу на морфологію серця та серцевих білків на моделі щурів [Lopez V. et al. Prenatal zinc deficiency: influence on heart morphology and distribution of key heart proteins in a rat model // Biol. Trace Elem. Res., 122(2008), 238-255]. Визначальною є роль цинку у таких процесах як старіння [Malavolta M. et al. Plasma copper/zinc ratio: an inflammatory/nutritional biomarker as predictor of allcause mortality in elderly population // Biogerontology, 11(2010), 309-319] та регуляторних в імунній системі [Maywald M. et al. Zinc homeostasis and immunosenescence // J. Trace Elem. Med Biol., 29(2015), 24-30]. В даний час встановлено, що хімічні і біологічні властивості наночастинок істотно відрізняються від властивостей вихідного матеріалу, з якого вони були отримані. Відомо, що при введенні наночастинок, як на основі металів так і їх солей, в організм тварини потрібен час для їх розчинення, зв'язування з біолігандами, досягнення мішеней біологічної дії (пролонгована дія), і встановлено, що такі наночастинки мають низьку токсичність у порівнянні з солями відповідних металів, і мають біотичну і поліфункціональну дії на живий організм [Глущенко Н.Н., Скальный А.В. Токсичность наночастиц цинка и его биологические свойства / Актуальные проблемы транспортной медицины, № 3(21), 2010, 118-120; Sambale F. et al. Three dimensional spheroid cell culture for nanoparticle safety testing /J. Biotechnol., 205(2015), 120-129]. Відомий спосіб отримання нанокристалічного карбонату цинку ZnCO 3 у вигляді порошку [К. Balichard et al. Nanocrystalline ZnCO3-a novel sorbent for low-temperature removal of H2S. J. Hazard. Mater., 264 (2014) 79-83], який включає перетирання в агатової ступці 2,87 г (0,01 моль) гептагідрату сульфату цинку ZnSO4*7H2O і гідрокарбонату амонію 1,60 г (0,02 моль) NH 4HCO3 протягом 10 хвилин до утворення білої в'язкої пасти з подальшою витримкою при кімнатній температурі протягом 45 хвилин до утворення твердого продукту, що складається з карбонату цинку ZnCO3 і сульфату амонію (NH2)SO4. Після чого проводять вимивання дистильованою водою із зразка сульфату амонію (NH2)SO4 контролюючи повноту вимивання шляхом додавання у фільтрат розчину нітрату барію Ba(NO 3)2 (якісна реакція на сульфат-іони). Відмитий зразок сушать при кімнатній температурі протягом декількох годин. Зазначено, що розмір отриманих частинок становить 18 нм і вони сильно агломеровані - розмір агломератів біля 1 мкм, та вказано, що на поверхні агломератів відбувається руйнування карбонату цинку ZnCO3 з утворенням оксиду цинку ZnO і оксиду вуглецю СО 2. Відомий спосіб отримання наночастинок карбонату цинку ZnCO 3 мікроемульсійним методом [Т. Alhawi et al. Synthesis of Zinc Carbonate Hydroxide Nanoparticles Using Microemulsion Process / Procedia Engineering 102 (2015) 346-355], який включає змішування мікроемульсії (СТАВ, ноктан, 1-бутанол), котра містить водну фазу - гексагідрат нітрату цинку Zn(NO3)2*6H2O з мікроемульсією (СТАВ, н-октан, 1-бутанол), яка містить водну фазу - карбонат натрію Na2CO3, до початку формування осаду (про що свідчить поява опалесценції), який збирають фільтруванням за допомогою водоструминного насоса і промивають двічі сумішшю метанолу з хлороформом і висушують при 60 °C протягом ночі. Отримані порошки складаються з наночастинок розміром від 20 нм до 70 нм. Відомий спосіб отримання карбонату цинку ZnCO3 [Патент РФ 2258672, C01G009/00], який включає змішування розчину хлорвмісних солей цинку і розчину карбонату лужного металу при мольному співвідношенні карбонат іонів до іонів цинку від 1,70 до 1,77, взаємодію ведуть при температурі від 60 до 85 °C протягом 15-35 хвилин. Отриманий порошок відфільтровують і промивають водою. У всіх наведених аналогах отримують агломерати наночастинок карбонату цинку у вигляді порошку, що значно ускладнює процес отримання біологічно активного стійкого розчину наночастинок карбонату цинку. Для утворення колоїдного розчину отримані агломерати наночастинок необхідно піддавати тривалій ультразвуковій обробці в присутності біологічно сумісних стабілізаторів, які в процесі ультразвукової обробки частково руйнуються і не зв'язуються з поверхнею наночастинки, і як наслідок, можуть мати токсичну дію. Відомий спосіб отримання водного колоїдного розчину неорганічних наночастинок 3+ ReVO4:Eu [Klochkov V.K. et al. Wet chemical synthesis and characterization of luminescent colloidal 3+ nanoparticles: ReVO4:Eu (Re=La, Gd, Y) with rod-like and spindle-like shape //Functional Materials 18(2011), 111-115], який включає змішування 11 мл (0,01 М) водного розчину хлоридів рідкоземельних елементів з 8,25 мл розчину ЕДТА-Nа2 і крапельне додавання 8,25 мл (0,01 М) 1 UA 113942 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ортованадату натрію Na3VO4 при інтенсивному перемішуванні на магнітній мішалці протягом 10 хвилин, з подальшим нагріванням розчину до температури кипіння зі зворотним холодильником протягом 24 годин, після чого проводять діаліз прозорого колоїдного розчину протягом 24 годин для видалення надлишку іонів. В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб отримання стійкого біологічно сумісного колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO 3. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб отримання колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO3, згідно з винаходом, включає змішування розчинів ацетату цинку Zn(Ac) 2 і цитрату натрію Nа3Сit у мольному співвідношенні 1:0,75, додавання карбонату натрію Na 2CO3 у стехіометричному співвідношенні до Zn(Ac)2 при інтенсивному перемішуванні, нагрівання отриманої суміші до 80-85 °C та витримування її при цій температурі і постійному перемішуванні впродовж 40-50 хвилин, проведення діалізу отриманого колоїдного розчину до значення рН 7.47.8 та його стабілізації розчином 0,6-6 мас. % полівінілпіролідону. Використання цитрату натрію Na3Cit дозволяє обмежити розмір отриманих наночастинок ZnCO3. Надлишок цитрату натрію, як низькомолекулярної сполуки, видаляють в колоїдному розчині в повній мірі при діалізі. Експериментальне мольне співвідношення Zn(Ac)2:Na3Cit=1:0,75 є оптимальним при отриманні наночастинок з розміром 185±30 нм. У ході досліджень було встановлено, що оптимальним режимом отримання колоїдного розчину є нагрівання розчину до температури 80-85 °C та подальше витримування при цій температурі протягом 40-50 хвилин. Зниження температури отримання призводить до значного збільшення часу витримки вихідної суміші до декількох годин. Збільшення температури і/або часу витримування призводить до утворення агломератів наночастинок, і як наслідок, необхідності застосування тривалої ультразвукової обробки колоїдного розчину. Витримування вихідної суміші менш ніж 40 хвилин недостатньо для отримання колоїдного розчину. Проведення діалізу розчину до значення рН 7.4-7.8 обумовлене подальшим біологічним застосуванням колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO3. Введення в колоїдний розчин наночастинок ZnCO3 стабілізатора полівінілпіролідону (ПВП) у вигляді 0,6-6 мас. % водного розчину дозволяє збільшити час зберігання колоїдного розчину ZnCO3 до 6 місяців при температурі від 10 до 30 °C. Відомо, що розчин ПВП використовується у фармацевтиці як основа для плазмозамінних і дезінтоксикаціних розчинів (АТХ-класифікація: В Кровотворення і кров, В05 Плазмозаміщуючі і перфузійні розчини, В05А Препарати крові). Зменшення або збільшення концентрації ПВП у колоїдному розчині є недоцільним через порушення структури колоїдного розчину. На кресленні наведено скріншот, на якому представлена залежність розподілу інтенсивності розсіювання світла від розміру частинок карбонату цинку ZnCO 3 (аналізатор "ZetaPLAS" Brookhaven Instruments Corp., USA). З креслення можна бачити, що зразок колоїдного розчину наночастинок ZnCO 3, отриманий способом, що заявляється, має ефективний діаметр частинок: 185,3 нм, полідисперсність складає 0,163. Спосіб отримання колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO 3, що заявляється, ілюструється наступним прикладом. Приклад Пропонований спосіб реалізують на стандартному обладнанні методом змішування вихідних компонентів кваліфікації "осч" та "фарм". Спочатку змішують 50 мл розчину цитрату натрію з концентрацією C(Na3Cit) = 0,075 М та 50 мл розчину ацетату цинку C(Zn(Ac) 2) = 0,1 М, після чого при інтенсивному перемішуванні доливають до суміші 50 мл розчину карбонату натрію C(Na2CO3) = 0,15 М. Отриману суміш нагрівають до 85 °C на водяній бані і витримують 45 хвилин при постійному перемішуванні до появи опалесценції. Потім колоїдний розчин поміщають в діалізний мішок (молекулярною вагою 12000 Da та діаметром пір 2,5 нм) і проводять діаліз при кімнатній температурі протягом 120 хвилин, замінюючи дистильовану воду кожні 30 хвилин до значення рН 7,5 од. До отриманого колоїдного розчину додають 150 мл 0,6 мас. % розчину полівінілпіролідону. Отримують 300 мл колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO3 з концентрацією частинок 2 г/л та вмістом полівінілпіролідону на рівні 0,3 мас. %. В результаті досліджень аналізатором "ZetaPLAS" (Brookhaven Instruments Corp., USA) було визначено, що розмір часток ZnCO3 складає 185±30нм (див. фіг.). Отримані колоїдні розчини наночастинок карбонату цинку ZnCO3 вводили до препарату "Карафанд+ОV.Zn" та вивчали його фармакологічну активність і терапевтичну ефективність. Досліди на бугаях та кнурах показали, що отриманий комплексний препарат для терапії 2 UA 113942 C2 5 10 гонадодистрофії виявив високу ефективність; він реабілітує структуру та активізує функцію сім'яників, що нормалізує репродуктивну здатність самців та значно підвищує якість сперми. Рекомендовано широке впровадження препарату у практику ветеринарної репродуктології [Кошевой В.І., Науменко СВ., Беспалова I.I. Гонадодистрофія у бугаїв: новітні методи терапії із використанням препаратів, виготовлених на основі нано-біоматеріалів // Проблеми зооінженерії та ветеринарної медицини: зб. наук. Праць ХДЗВА. -Харків, 2016. - Вип. 32, ч. 2. - С. 57-60; Науменко СВ., Кошевой В.І., Беспалова I.I. Спосіб терапії кнурів з гонадодистрофією із використанням препаратів, виготовлених на основі нано-біоматеріалів // Проблеми зооінженерії та ветеринарної медицини: зб. наук. Праць ХДЗВА. - Харків, 2016. - Вип. 32, ч. 2. – С. 60-63]. Отриманий біологічно сумісний колоїдний розчин наночастинок карбонату цинку ZnCO 3 185±30нм може бути використаний як джерело цинку при створенні препаратів для терапії та профілактики дефіциту цинку у організмі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Спосіб отримання колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку ZnCO3, який відрізняється тим, що включає змішування розчинів ацетату цинку Zn(Ac)2 і цитрату натрію Na3Cit у мольному співвідношенні 1:0,75, додавання карбонату натрію Na 2CO3 у стехіометричному співвідношенні до Zn(Ac)2 при інтенсивному перемішуванні, нагрівання отриманої суміші до 80-85 °C та витримування її при цій температурі і постійному перемішуванні впродовж 40-50 хвилин, проведення діалізу отриманого колоїдного розчину до значення рН 7,47,8 та його стабілізації розчином 0,6-6 мас. % полівінілпіролідону. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3