Спосіб отримання бактерицидного засобу з сріблом і міддю

1. Спосіб отримання бактерицидного засобу з сріблом і міддю, що включає диспергування мідних і срібних гранул імпульсами електричного струму в деіонізованій воді та об'єднання наночастинок, який відрізняється тим, що гранули міді та срібла завантажують в розрядну камеру таким чином, щоб кількість контактів між однойменними та різнойменними гранулами була однакова, після чого в розрядну камеру заливають деіонізовану U 1 3 ке срібло" для знезараження води плавальних басейнів. МПК (2006) C02F1/50, A61L2/16. Опубл.25.06.2007. Бюл. №9.]. Недоліком відомого способу є низька бактерицидна, віруліцидна і спороцидна активність отриманого наноматеріалу, а також недостатня концентрація в ньому наночастинок срібла і міді. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання наноматеріалу з біоцидними властивостями, що включає концентрацію наночастинок срібла і міді в рідині шляхом ерозійно-вибухового диспергування мідних і срібних гранул імпульсами електричного струму в деіонізованій воді з енергією імпульсів, яка перевищує енергію сублімації металу, що диспергується, на яких створюють поверхневий електричний заряд і об'єднують наночастинки в агломерати, що є сукупністю короткозамкнутих гальванічних пар з наночастинок срібла і міді [Патент України на корисну модель №28222. Спосіб отримання наноматеріалу з біоцидними властивостями "Шумерське срібло". МПК (2006) C02F1/50, A61L2/16. Опубл.25.06.2007. Бюл. №9 прототип]. Недоліком способу є те, що агломерати наночастинок утворюються в результаті електростатичної взаємодії великих і малих наночастинок. Внаслідок налипання на поверхні великих наночастинок малих наночастинок, які мають електричне поле з великим градієнтом потенціалу, утворюються агломерати з різними поверхневими електричними зарядами, що створює передумови для їх коагуляції та утворення макроагломератів, які мають розміри значно більше нанорозмірної області. Само поняття агломерат позначає «рихле скупчення» [Большой энциклопедический словарь. М: Мультитрейд. 2004]. Таке з'єднання недостатнє міцне, тому при підвищенні енергії навколишнього середовища, наприклад температури, буде відбуватися розпад агломератів. Налипання малих наночастинок на великих наночастинках завжди супроводжується утворенням пор біля місць контактів сфер, тому агломерати, які отримані відомим способом (Патент України №28222 - прототип) контактують з навколишнім середовищем не тільки оболонками, але й ядрами, які мають розміри значно більше нанорозмірної області. Недоліком відомого способу є також висока вартість процесу, в наслідок використання у якості розчинника тільки деіонизованої води, та невизначеність таких головних технологічних параметрів, як розташування та співвідношення кількості срібних та мідних гранул, що доводить до отримання препарату з вузьким спектром бактерицидної дії та довгим часом початку дії препарату. Корисною моделлю ставиться завдання - зниження вартості та оптимізація технологічних параметрів процесу отримання бактерицидного засобу з скороченим часом початку та збільшеним часом ефективної бактерицидної дії. Вказана мета досягається тим, що спосіб отримання бактерицидного засобу з сріблом і міддю включає завантаження в розрядну камеру гранул міді та срібла таким чином, щоб кількість контактів між однойменними та різнойменними 53252 4 гранулами була однакова, заливання в розрядну камеру деіонізованої води, вмикання генератору розрядних імпульсів, диспергування гранул міді та срібла імпульсами електричного струму в деіонізованій воді, отримання колоїдного розчину з певним співвідношенням наночастинок срібла, міді, оксидів міді та наночастинок оксидів міді покритих срібними або мідними оболонками, вимикання генератору розрядних імпульсів і розчинення отриманого колоїдного розчину в дистильованої воді до концентрації використання. При цьому генератор розрядних імпульсів вимикають при отриманні колоїдного розчину з наступним співвідношенням наночастинок, мас.%: срібла 1,0; міді від 1,0 до 1,1; оксидів міді від 2,0 до 2,2; оксидів міді, які покрити срібними оболонками від 1,0 до 1,1; оксидів міді, які покрити мідними оболонками від 1,0 до 1,1; деіонізована вода решта. Завантаження в розрядну камеру гранул міді та срібла таким чином, щоб кількість контактів між однойменними та різнойменними гранулами була однакова (схема розташування гранул міді та срібла в розрядної камері наведена на малюнку) дає можливість отримати не тільки наночастинки срібла, міді та оксидів міді, але та наночастинки оксидів міді з оболонками з срібла та міді. Інше розташування гранул збільшить кількість контактів однойменних або різнойменних гранул, що доведе до збільшення кількості одного типу наночастинок і звуженню бактерицидної дії засобу. В процесі електроіскрової обробки, у місцях контакту іскрив з поверхнею металевих гранул, в результаті взаємодії іскрив і поверхонь, відбувається руйнування, розплавлення та випаровування металу та викид газоподібного, рідкого і твердого металу в простір між гранулами. Твердий метал, що потрапляє в зону високих, порядку 4000-30000°С, температур, також, плавиться і випаровується. В просторі між гранулами в газовому середовищі навколо іскри відбувається активна взаємодія продуктів ерозії, яка суттєво впливає на процес кристалізації наночастинок. Надалі пар і краплі рідкого металу з газового середовища, потрапляють в воду де охолоджуються та кристалізуються з високою швидкістю. Оскільки оксиди міді мають більш високу температуру кристалізації ніж мідь та срібло вони кристалізуються в першу чергу та утворюють наночастинки на які адсорбується мідь або срібло з утворенням оболонок, які міцне зчеплені з наночастинки оксидів міді. Власними дослідженнями встановлено, що широка, швидка та пролонгована дія бактерицидна засобу досягається у тому випадку коли реалізується наступне співвідношення між наночастинками, мас.%: срібла 1,0; міді від 1,0 до 1,1; оксидів міді від 2,0 до 2,2; оксидів міді, які покрити срібними оболонками від 1,0 до 1,1; 5 оксидів міді, які покрити мідними оболонками від 1,0 до 1,1; деіонізована вода решта. При наведеному співвідношенні одночасно реалізується бактерицидна дія наночастинок срібла, міді та оксидів міді з подальшою пролонгованою дією наночастинок оксидів міді після закінчення бактерицидної дії срібних і мідних оболонок на наночастинках оксидів міді. При інших співвідношеннях посилюється дія одного виду наночастинок за рахунок послаблення ефективності дії інших, що доводить до погіршення бактерицидної дії засобу в цілому. Вимикання генератору розрядних імпульсів після досягнення співвідношення, яке пропонується зв'язано з тим, що подальше подрібнення гранул не дає позитивного результату, а тільки збільшує енерговитрати. Вимикання генератору розрядних імпульсів до досягнення співвідношення, яке пропонується не доцільно оскільки у цьому випадку отримується бактерицидний засіб з погіршеними властивостями. Розчинення отриманого колоїдного розчину в дистильованої воді до концентрації використання зв'язано з зниженням вартості пропонованого бактерицидного засобу. Використання колоїдного розчину на деіонізованої воді не доцільно оскільки вартість деіонізованої воді у 2-3 рази більше ніж дистильованої. Розчинення отриманого колоїдного розчину в водопровідної воді до концентрації використання не доцільно оскільки відбувається взаємодія домішок водопровідної води з наночастинками колоїдного розчину та погіршення властивостей бактерицидної дії засобу, який пропонується. Приклад реалізації корисної моделі. Спосіб отримання бактерицидного засобу з сріблом і міддю, який пропонується здійснювали таким чином. Гранули міді та срібла (розміри та форму гранул визначали відповідно патенту на корисну модель №38458) завантажували в розрядну камеру таким чином, щоб кількість контактів між однойменними та різнойменними гранулами була однакова (схема розташування наведена на рисунку), після чого в розрядну камеру заливали деіонізовану воду, вмикали генератор розрядних імпульсів до отримання колоїдного розчину з наступним співвідношенням наночастинок, мас.%: срібла 1,0; міді від 1,0 до 1,1; оксидів міді від 2,0 до 2,2; оксидів міді, які покрити срібними оболонками від 1,0 до 1,1; оксидів міді, які покрити мідними оболонками від 1,0 до 1,1; деіонізована вода решта. Після досягнення вищенаведеного співвідношення генератор розрядних імпульсів вимикався и отриманий колоїдний розчин розчинявся в дистильованої воді до концентрації використання. Отримання наноматеріалу з біоцидними властивостями "Шумерське срібло" за відомим спосо 53252 6 бом (прототипом) відбувалось відповідно до патенту України №28222. Фазовий та хімічний склад наночастинок, а також визначення співвідношення наночастинок відбувалось після їх виділення з розчинів шляхом сушіння крапель розчинів. Фазовий та хімічний склад наночастинок вивчалася методом рентгенівської дифракції. Рентгенографічні дослідження проводились в монохроматичному СuК - випромінювані на діфрактометрі ДРОН-УМ1. Хімічний стан поверхневих атомів наночастинок вивчався методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) на спектрометрі ЕС-2401. Вивчення впливу бактерицидних засобів на тест-культури Escherichia coli і Staphylococcus aureus проводились відповідно до вимог "Методических указаний о порядке испытания новых дезинфицирующих средств для ветеринарной практики" (1987г.) та "Рекомендацій щодо санітарномікробіологічного дослідження змивів з поверхонь тест-об'єктів та об'єктів ветеринарного нагляду і контролю", що схвалені науково-методичною радою Державного департаменту ветеринарної медицини Міністерства аграрної політики України, протокол №4, 22-23.12.2004p., a також методики, яка викладена в збірці «Методы испытаний дезинфекционных средств для оценки их безопасности и эффективности», Москва, 1998 р. В якості тест-об'єктів використовували чашки Петри. Тест-об'єкти попередньо очищали і стерилізували в автоклаві при температурі +120°С протягом 60хв. Для контамінації тест-об'єктів на їх поверхні наносили стерильною піпеткою 1мл 2-х мільярдної культури Escherichia coli і Staphylococcus aureus. Контаміновані тест-об'єкти залишали в горизонтальному положенні до повного висихання. Потім тест-об'єкти розміщали в лотку в горизонтальному положенні, наносили розчин бактерицидних засобів і витримували певну експозицію. Норма витрати робочого розчину складала 2 150мл/м . Контроль ефективності дезінфекції здійснювали наступним методом. Стерильним ватним тампоном, змоченим дистильованої водою, робили змиви з тест-об'єктів. Тампони старанно відтискали у пробірках з 10мл стерильної води, рідину центрифугували при 3000 обертах протягом 20хв. Потім надосадову рідину зливали, а в центрифужну пробірку доливали таку ж кількість дистильованої води, вмістиме перемішували і центрифугували протягом 20хв. Після цього надосадову рідину зливали, а із ресуспензованого осаду робили посів. У якості живильного середовища використовували м'ясопептонний агар (МПА). Посіви поміщали в термостат при температурі +37°С. Ефективність дезінфекції визначали по наявності (+) або відсутності (-) росту Escherichia coli і Staphylococcus aureus на живильних середовищах після інкубації посівів в термостаті при 37°С через 24-48 годин. Оцінку якості дезінфекції тест-об'єктів проводили через 24 і 48 годин. Параметри відомого способу отримання наноматеріалу з біоцидними властивостями (варіант 1 прототип), способу що заявляється (варіанти 2-4) та ті, що виходять за межі заявлених параметрів 7 (варіанти 5, 6) наведено у таблиці 1. Склад і ефективність знезараження тест-об'єктів, контамінованих Escherichia coli (штам 1257) і Staphylococcus aureus (штам 209), бактерицидних засобів отриманих за допомогою відомого способу (варіант 1 прототип), способу що пропонується (варіанти 24), та способу параметри, якого виходять за межі, які заявляються (варіанти 5, 6) приведені в таблиці 2. З приведених в таблицях даних видно, що бактерицидний засіб з сріблом та міддю, який отриманий способом, що заявляється, має суттєві переваги, а саме починає діяти після експозиції в 4 рази меншої ніж прототип і зберігає тривалість залишкової бактерицидної дії у 2 - 3 рази довше. 53252 8 Таким чином, використання способу, який пропонується дозволяє отримувати бактерицидні засоби які мають підвищену ефективність та час бактерицидної дії. Істотними відмінностями винаходу є: - послідовність операцій отримання бактерицидного засобу; - певне розташування гранул міді та срібла; - певне співвідношення отриманих наночастинок; - час роботи генератора розрядних імпульсів; - використання у якості розчинника колоїдного розчину дистильованої воді. Таблиця 1 Параметри відомого способу отримання наноматеріалу з біоцидними властивостями (варіант 1 - прототип), способу що заявляється (варіанти 2-4) та ті, що виходять за межі параметрів, що заявляються (варіанти 5, 6). Кількість контактів, % Співвідношення наночастинок, мас. частини № варіоксиди міді оксиди міді з Розчинник колоїдного однойменні різнойменні оксиди анту розчину срібло мідь з срібними мідними гранули гранули міді оболонками оболонками Відомий спосіб - прототип 1 90 10 1 3 Деіонізована вода Пропонований спосіб 2 50 50 1,0 1,00 2,0 1,00 1,00 Дистильована вода 3 50 50 1,0 1,05 2,1 1,05 1,05 Дистильована вода 4 50 50 1,0 1,10 2,2 1,10 1,10 Дистильована вода 5 30 70 1,0 0,5 1,0 0,50 0,5 Деіонізована вода 6 70 30 1,0 2,00 4,00 2,00 2,00 Водопровідна вода Таблиця 2. Склад при концентраціях використання і ефективність знезараження тест-об'єктів, контамінованих Escherichia coli(штам 1257) і Staphylococcus aureus (штам 209), бактерицидних засобів отриманих за допомогою відомого способу (варіант 1 - прототип), способу що пропонується (варіанти 2-4), та способу параметри, якого виходять за межі, які заявляються (варіанти 5, 6). № варіанту 1 2 3 4 5 6 Склад бактерицидного Час інкубації посівів, год. засобу при концентраціях використання, мг/л НаноEscherichia Staphylococcus Наночастинки ЕкспоНаночастинки coli aureus зиція, НаноНанооксидів частинки оксидів год. частинки частинки міді з срібниоксидів міді з мідміді срібла ми оболон24 48 72 24 48 72 міді ними обоками лонками Бактерицидний засіб отриманий відомим способом-прототип 0,600 0,20 4 + + - + + Бактерицидний засіб отриманий пропонованим способом 0,200 0,100 0,100 0,10 0,100 1 - - - 0,735 0,368 0,368 0,35 0,368 1 - - - 1,430 0,715 0,715 0,65 0,715 1 - - - 0,050 0,025 0,025 0,05 0,025 1 - ± - ± 2,800 1,400 1,400 0,70 1,400 1 - ± - ± "+" - наявність росту; "-" - відсутність росту; "±" - результат непостійний 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 53252 Підписне 10 Тираж 26 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