Полімерний матеріал з іммобілізованим активним хлором, що проявляє антимікробні властивості

Реферат: Полімерний матеріал з іммобілізованим активним хлором проявляє антимікробні властивості. Як групи носіїв активного хлору використовуються N-хлорсульфонаміди загальної формули (1): -SO2N-Cl R , (1) де R=Na, Сl, Alk. UA 112187 U (12) UA 112187 U UA 112187 U Корисна модель належить до матеріалів на основі високомолекулярних сполук, зокрема до хімічних речовин загальної формули (1), що проявляють антимікробну активність, які можуть бути використані в медицині, ветеринарії, побуті та ін. -SO2N-Cl 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 R , (1) де R=Na, Сl, Alk. Відомо, що як дезінфікуючі засоби широко використовуються речовини, що містять та/або виділяють активний хлор (гіпохлорити кальцію, натрію, N-хлорарилсульфонаміди, хлорізоціанурати, хлоргідантоїни та ін.). Їх недоліком є попадання до розчину речовин - носіїв активного хлору (іонів кальцію, арилсульфонамідів, ізоціанурової кислоти, гідантоїну та ін.). Ці сполуки накопичуються в розчинах, попадають у стічні води та є екологічно небезпечними. Дослідженнями останніх десятиліть встановлено, що сполуки активного хлору (хлорноватиста кислота) синтезуються деякими клітинами організму людини (нейтрофілами, гепатоцитами та ін.) для боротьби з мікроорганізмами та чужорідними субстанціями. Так, ґрунтуючись на цих даних, була розроблена низка препаратів для лікування інфікованих ран на основі низькоконцентрованого стабілізованого розчину хлорноватистої кислоти (препарати "Neutrox", "NeutroPhase" (США), пат. США № 7393522), розчину гіпохлориту натрію, стабілізованого таурином (препарат "Неореодез" (Україна), пат. РФ № 2488382), які успішно замінюють антибіотики і хлораміни Б, Т. Однак вони не можуть повною мірою вирішити проблему зростаючої потреби у сучасних дезінфікуючих засобах. В продовж останніх років в медицині зріс інтерес до антимікробних матеріалів пролонгованої дії (з іммобілізованими агентами), які порціонно виділяють бактерицид і забезпечують тривалу дію. Вони істотно прискорюють лікування інфікованих ран і перешкоджають їхньому вторинному інфікуванню через накопичення ексудата в перев'язному матеріалі. Серед них певне місце займають полімерні матеріали, що містять іммобілізований активний хлор, який здатний за певних умов поступово виділятися з матеріалу, забезпечуючи його антимікробну активність, а носій активного хлору залишається на полімерній матриці й не попадає в розчин. У патентах США № 5882357, № 020491, № 7084208 і в Євразійському патенті № 15480 описані синтези ряду гетероциклічних N-галогенамінів. Вони можуть використовуватися окремо або бути прищепленими до текстилю, тканин, полімерів. Такі матеріали проявляють потужні антибактеріальні властивості проти широкого спектра мікроорганізмів і їх властивості є тривалими та можуть бути регенеровані при дії гіпохлориту натрію. До недоліків слід віднести дорожнечу при синтезі гетероциклічних N-галогенамінів і складність їх прищеплення до полімерних матриць. Відомі N-хлорсульфонаміди, іммобілізовані на співполімерах стиролу з дивінілбензолом [13], що проявляють потужні антимікробні властивості з тривалим терміном дії та можливістю регенерації. Однак вони існують у тривимірній гранульній формі й не можуть бути перероблені у волокнисті матеріали. Найбільш близьким до корисної моделі (прототипом) є спосіб одержання нановолокна з суміші іммобілізованих на полістиролі сульфонаміду та N, N-дихлорсульфонаміду методом електропрядіння [4]. Отримане волокно має високу окисну здатність відносно 2хлоретилетилсульфіду - аналога іприту. Недоліки такого методу одержання матеріалу полягають в тому, що його можна отримати тільки при певному співвідношенні вихідних компонентів і концентрація активного хлору при цьому не перевищує 6 %, а також необхідність у складному апаратурному устаткуванні. Нами запропоноване нове рішення. Вирішення поставленої задачі полягає у синтезі волокнистих і нетканих форм N-хлор-, Nхлор-N-алкілсульфонамідів і N, N-дихлорсульфонамідів, іммобілізованих на співполімерах стиролу з дивінілбензолом. Таке рішення реалізоване завдяки розробці методу радіаційного прищеплення до поліпропіленового волокна співполімеру стиролу з дивінілбензолом та наступним синтезом на його основі сильнокислотного сульфокатіоніту Фібан К-1 (виробляється згідно з ТУ РБ 100185198.062-2001 у НДІ Фізико-органічної хімії НАН Білорусії) [5, 6]. Як вихідну сировину використовувами сульфокатіоніт Фібан К-1 у волокнистій та нетканій гілкопробивних формах, який дією хлорсульфонової кислоти у дихлоретані при температурі +40-60 °C і витримці протягом 8-24 год. переводився у сульфохлоровану форму. Далі сульфохлорований полімер при +5-30 °C оброблявся аміаком або аліфатичними амінами та витримувався протягом 12-24 год. Отримані N-(алкіл)сульфонаміди обробляли розчином гіпохлориту натрію 1 UA 112187 U 5 та витримували протягом 12-24 год. для одержання N-хлорсульфонаміду натрію і N-хлор-Nалкілсульфонамідів, або в підкисленому розчині гіпохлориту натрію з метою одержання N, Nдихлорсульфонаміду. Таким чином, залежно від умов реакції та співвідношення реагентів, отримані матеріали з вмістом активного хлору 1-20 % (табл. 1). Таблиця 1 Умови одержання полімерного матеріалу з різним вмістом активного хлору Маса Вихідний сульфамід сульфаміду, за прикладом № г 2 20 2 20 2 10 3.1 (N-метил) 10 3.1 (N-етил) 20 3.2 10 2 20 2 20 10 15 20 Кількість гіпохлориту натрію, моль 0,35 0,50 0,05 0,1 0,1 0,1 0,5 0,1 Методика за Прикладом № 4 4 4 4 4 4 5 5 Час реакції, год. 12 24 18 5 12 12 24 8 Вміст активного хлору, % мас 7,2 10,0 5,1 6,5 4,4 1,0 20,0 1,0 Синтезовані матеріали стабільні при зберіганні протягом року. Проведені мікробіологічні випробування іммобілізованого на нетканому гілкопробивному матеріалі N-хлорсульфонаміду натрію, відповідно методичних вказівок: "Методы испытаний дезинфекционных средств, для оценки их безопасности и эффективности" (Москва, 1998 г.) [7]. Випробування виконувались методом "агарових пластин" з модифікацією наступним чином. Три флакони з розплавленим та охолодженим до +45 °C м'ясопептонним середовищем контамінували суспензіями тест7 мікроорганізмів E. coli, S. aureus та C. albicans. Мікробне навантаження складало 1×10 КУО/мл. По 20 мл контамінованого мікроорганізмами середовища розливали у чашки Петрі. У середовищі, яке не застигло, розміщували тест-зразки матеріалу (2×2 см) до їх неповного занурення, тобто так, щоб агар покривав усі його бокові сторони (що є модифікацією). Випробування для кожного з тест-мікроорганізмів проводили паралельно на трьох чашках. Досліджувані зразки інкубували в термостаті протягом 24-48 годин при температурі +37 °C. Після закінчення інкубації заміряли діаметр зон відсутності росту мікроорганізмів навколо зразків. Результати випробувань наведені у табл. 2. Таблиця 2 Результати випробувань на мікробіологічну активність Зона затримки росту мікроорганізмів тест-культур від краю зразка (мм) S. aureus ATCC 6538 16,0-25,0 Е. соlі АТСС 25922 6,0-7,0 С. albicans ATCC 10231 4,0-6,0 25 30 35 Оскільки зони затримки росту мікроорганізмів всіх випробуваних тест-культур методом "агарових пластин" складають не менш 4 мм, то можна заключити, що матеріал має ефективні антимікробні властивості [7]. Процес одержання матеріалу пояснюється наступними прикладами. Приклад 1. Одержання сульфохлорованого полімеру Приклад 1.1. До попередньо висушеної до постійної маси 19,0 г (0,1 моля) волокнистої форми сульфокатіоніту Фібан К-1 додають 200 мл дихлоретану й залишають на 4 години для набрякання. Потім до цієї маси додають розчин 35 г (0,3 мол) хлорсульфонової кислоти в 50 мл дихлоретану. Масу перемішують і нагрівають на водяній бані до +50 °C, витримують при цій температурі протягом 8 год. Охолоджують і відокремлюють волокно від реакційної маси. До волокна додають 300 мл дихлоретану, перемішують і відфільтровують волокно на фільтрі Шота, промивають на фільтрі дихлоретаном, ретельно віджимають волокно від розчинника. Приклад 1.2. До попередньо висушеної до постійної маси 19,0 г (0,1 моля) нетканої форми сульфокатіоніту Фібан К-1 додають 200 мл дихлоретану й залишають на 4 години для 2 UA 112187 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 набрякання. Потім до цієї маси додають розчин 35 г (0,3 мол) хлорсульфонової кислоти в 50 мл дихлоретану. Масу перемішують і нагрівають на водяній бані до +60 °C, витримують при цій температурі протягом 12 год. Охолоджують і відокремлюють полотно від реакційної маси. До полотна додають 300 мл дихлоретану, перемішують і відфільтровують полотно на фільтрі Шота, промивають на фільтрі дихлоретаном, ретельно віджимають його від розчинника. Приклад 1.3. До попередньо висушеної до постійної маси 19,0 г (0,1 моля) нетканої форми сульфокатіоніту Фібан К-1 додають 200 мл дихлоретану й залишають на 4 години для набрякання. Потім до цієї маси додають розчин 35 г (0,3 мол) хлорсульфонової кислоти в 50 мл дихлоретану. Масу перемішують і нагрівають на водяній бані до +60 °C, витримують при цій температурі протягом 24 год. Охолоджують і відокремлюють полотно від реакційної маси. До полотна додають 300 мл дихлоретану, перемішують і одфільтровують полотно на фільтрі Шота, промивають на фільтрі дихлорэтаном, ретельно віджимають полотно від розчинника. Приклад 2. Одержання полімерного сульфонаміду У 250 мл охолодженого до +5 °C 15 % водного розчину аміаку повільно вносять волокнистий або нетканий сульфохлорований полімер, отриманий за п. 1.1-1.3, перемішують і залишають на 12 год., потім відокремлюють полімер від аміачного розчину й промивають сульфонамід водою. Фільтрують сульфонамід під вакуумом і знову промивають водою, сушать на повітрі. Приклад 3. Одержання полімерного N-метил(етил, пропіл)сульфонаміду Приклад 3.1. В 100 мл 15 % водного розчину відповідного алкіламіну (метил, етил, пропіл) вносять волокнистий або нетканий сульфохлорований полімер, отриманий за п. 1.1-1.3, перемішують і залишають на 12 год., потім відокремлюють полімер від розчину амінів і промивають метил(етил, пропіл)сульфонамід водою. Фільтрують N-метил(етил, пропіл)сульфонамід під вакуумом і знову промивають водою, сушать на повітрі. Приклад 3.2. Одержання полімерного N-бутилсульфонаміду. У 100 мл 15 % спиртового розчину бутиламіну вносять волокнистий або нетканий сульфохлорований полімер, отриманий за п. 1.1-1.3, перемішують і залишають на 5-24 год., відокремлюють полімер від розчину бутиламіну й промивають N-бутилсульфонамід спиртом. Фільтрують N-бутилсульфонамід під вакуумом і промивають водою, сушать на повітрі. Приклад 4. Одержання полімерних N-хлорсульфонаміду натрію й N-хлор-Nалкілсульфонамідів У 300 мл 4 % розчину гіпохлориту натрію вносять сульфонаміди, отримані за п. 2 або Nалкілсульфонаміди за пп. 3.1, 3.2, перемішують і залишають на 5-24 год. Потім відокремлюють матеріал від розчину гіпохлориту натрію, промивають водою, фільтрують N-хлорсульфонамід натрію або N-хлор-N-алкілсульфонамід під вакуумом, сушать на повітрі. Приклад 5. Одержання полімерного N, N-дихлорсульфонаміду До 300 мл 4 % розчину гіпохлориту натрію, нейтралізованого 30 мл оцтової кислоти, додають сульфонаміди, отримані за п. 2, перемішують і залишають на 5-24 год. Потім відокремлюють матеріал від розчину, промивають його водою й фільтрують під вакуумом, сушать на повітрі. Наведена вище табл. 1 демонструє умови одержання полімерного матеріалу з різним вмістом активного хлору. Джерела інформації: 1. Emerson D.W., Shea D.T., Sorensen E.M., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1978, 17, 3, 269. 2. Emerson D.W., Ind Eng. Chem. Res., 1990, 29, 448-450. 3. Emerson D.W., Ind. Eng. Chem. Res., 1991, 30, 2426-2430. 4. Maddah B., Azimi M., Int. J. Nano Dim, 2012, 2, 4, 253-259. 5. Солдатов B.C., Покровська A.M., Марцинкевич Р.В. ЖПХ, 1984, 9, 57, 2030-2034. 6. Soldatov V., Pavlovski L., Shunkevich A., Wasag H. New materials and technologies for environmental engineering. Part 1. Syntheses and structure of ion exchange fibers. Lublin, Vydawnictvo-Drukurnia liber Duo Kolor, 2004, 127. 7. Методичні вказівки "Методы испытаний дезинфекционных средств, для оценки их безопасности и эффективности". - М.: 1998 г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Полімерний матеріал з іммобілізованим активним хлором, що проявляє антимікробні властивості, який відрізняється тим, що як групи носіїв активного хлору використовуються Nхлорсульфонаміди загальної формули (1): 3 UA 112187 U -SO2N-Cl R 5 , (1) де R=Na, Сl, Alk. 2. Полімерний матеріал з іммобілізованим активним хлором, що проявляє антимікробні властивості за п. 1, який відрізняється тим, що як полімерну матрицю використовують волокнистий і нетканий матеріал, отриманий шляхом радіаційного прищеплення до поліпропіленового волокна співполімеру стиролу з дивінілбензолом. Комп’ютерна верстка Т. Вахричева 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 4