Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління

Розглянуто нову екологічно чисту високопродуктивну комбіновану «мокро-суху» технологію плазмового нанодиспергування електропровідних матеріалів з одностадійним циклом виготовлення колоїдних розчинів у широкому спектрі рідких носіїв. Визначено розміри і розподіл наночастинок металів у харчовому гліц...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Кістерска, Л.Д., Логінова, О.Б., Садохін, В.В., Садохін, В.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	Статті та огляди
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82029
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління / Л.Д. Кістерска, О.Б. Логінова, В.В. Садохін, В.П. Садохін // Вісн. НАН України. — 2015. — № 1. — С. 39-48. — Бібліогр.: 25 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-82029
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-820292015-05-24T03:02:33Z Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління Кістерска, Л.Д. Логінова, О.Б. Садохін, В.В. Садохін, В.П. Статті та огляди Розглянуто нову екологічно чисту високопродуктивну комбіновану «мокро-суху» технологію плазмового нанодиспергування електропровідних матеріалів з одностадійним циклом виготовлення колоїдних розчинів у широкому спектрі рідких носіїв. Визначено розміри і розподіл наночастинок металів у харчовому гліцерині. Вивчено бактерицидну, фунгіцидну та антивірусну активність високоефективного малотоксичного препарату широкого спектру дії «Срібний щит — 1000» на основі колоїдного розчину наносрібла. Окреслено сфери застосування біосумісного дезінфектанту нового покоління. Рассмотрена новая экологически чистая высокопроизводительная комбинированная «мокро-сухая» технология плазменного нанодиспергирования электропроводных материалов с одностадийным циклом изготовления коллоидных растворов в широком спектре жидких носителей. Определены размеры и распределение наночастиц металлов в пищевом глицерине. Изучена бактерицидная, фунгицидная и антивирусная активность высокоэффективного малотоксичного препарата широкого спектра действия «Серебряный щит — 1000» на основе коллоидного раствора наносеребра. Охарактеризованы области применения биосовместимого дезинфектанта нового поколения. Innovative high-performance ion plasma sputtering single-stage cycle “wet-dry” technology of the electrically conductive materials for making of colloidal solutions in a wide range of liquid media is described. The size and distribution of metal nanoparticles in food glycerin are shown. Bactericidal, fungicidal, and antiviral activity of low-toxic broad-spectrum colloidal solution “Silver Shield — 1000” on the basis of nanosilver is studied. The application of a new generation of biocompatible disinfectants is characterized. 2015 Article Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління / Л.Д. Кістерска, О.Б. Логінова, В.В. Садохін, В.П. Садохін // Вісн. НАН України. — 2015. — № 1. — С. 39-48. — Бібліогр.: 25 назв. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82029 546.57-022.513.2:544.77.001.76 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Кістерска, Л.Д. Логінова, О.Б. Садохін, В.В. Садохін, В.П. Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління Вісник НАН України
description	Розглянуто нову екологічно чисту високопродуктивну комбіновану «мокро-суху» технологію плазмового нанодиспергування електропровідних матеріалів з одностадійним циклом виготовлення колоїдних розчинів у широкому спектрі рідких носіїв. Визначено розміри і розподіл наночастинок металів у харчовому гліцерині. Вивчено бактерицидну, фунгіцидну та антивірусну активність високоефективного малотоксичного препарату широкого спектру дії «Срібний щит — 1000» на основі колоїдного розчину наносрібла. Окреслено сфери застосування біосумісного дезінфектанту нового покоління.
format	Article
author	Кістерска, Л.Д. Логінова, О.Б. Садохін, В.В. Садохін, В.П.
author_facet	Кістерска, Л.Д. Логінова, О.Б. Садохін, В.В. Садохін, В.П.
author_sort	Кістерска, Л.Д.
title	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління
title_short	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління
title_full	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління
title_fullStr	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління
title_full_unstemmed	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління
title_sort	інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82029
citation_txt	Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління / Л.Д. Кістерска, О.Б. Логінова, В.В. Садохін, В.П. Садохін // Вісн. НАН України. — 2015. — № 1. — С. 39-48. — Бібліогр.: 25 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT kísterskald ínnovacíjnatehnologíâvirobnictvabíosumísnihnanodezínfektantívnovogopokolínnâ AT logínovaob ínnovacíjnatehnologíâvirobnictvabíosumísnihnanodezínfektantívnovogopokolínnâ AT sadohínvv ínnovacíjnatehnologíâvirobnictvabíosumísnihnanodezínfektantívnovogopokolínnâ AT sadohínvp ínnovacíjnatehnologíâvirobnictvabíosumísnihnanodezínfektantívnovogopokolínnâ
first_indexed	2025-07-06T07:58:42Z
last_indexed	2025-07-06T07:58:42Z
_version_	1836883621096456192
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 39 КІСТЕРСЬКА Людмила Данилівна — кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, pol@ism.kiev.ua ЛОГІНОВА Ольга Борисівна — доктор хімічних наук, провідний науковий співробітник Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України САДОХІН Віталій Вікторович — кандидат технічних наук, науковий співробітник Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України САДОХІН Віктор Петрович — провідний інженер Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України ІННОВАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА БІОСУМІСНИХ НАНОДЕЗІНФЕКТАНТІВ НОВОГО ПОКОЛІННЯ Розглянуто нову екологічно чисту високопродуктивну комбіновану «мокро-суху» технологію плазмового нанодиспергування електропровід- них матеріалів з одностадійним циклом виготовлення колоїдних розчинів у широкому спектрі рідких носіїв. Визначено розміри і розподіл наночасти- нок металів у харчовому гліцерині. Вивчено бактерицидну, фунгіцидну та антивірусну активність високоефективного малотоксичного препарату широкого спектру дії «Срібний щит — 1000» на основі колоїдного розчину наносрібла. Окреслено сфери застосування біосумісного дезінфектанту нового покоління. Ключові слова: нанодиспергування, колоїдний розчин, наночастинки Аg, Au, Cu, Pd, розподіл за розміром, бактерицидна, фунгіцидна та антивірус- на активність, токсичність. Вступ Інтервал розмірів від 1 до 100 нм є проміжним між розмірами атомів і молекул та розмірами мікроструктур. У цей діапазон розмірів потрапляють кластери, віруси, наночастинки (НЧ) різних матеріалів, які при взаємодії з рідкими середовищами утворюють прозорі, седиментаційно стійкі, ультрадисперсні колоїдні розчини (золі) (табл. 1). Унікальність НЧ надає наноматеріалам нових фізичних, хі- мічних та біологічних властивостей, які часто радикально від- різняються від властивостей цієї ж речовини у вигляді суцільної фази або макроскопічної дисперсії. Без наноматеріалів з усією їх різноманітністю вже неможливо уявити сучасний розвиток матеріалознавства, хімії, біології, енергетики, електроніки, сіль- ського господарства, медицини [1—3]. Нинішній сплеск дослі- джень у галузі наноматеріалів зумовлений тим, що ця пробле- матика виявила низку прогалин не лише в розумінні природи особливостей цього стану, а і його технологічної реалізації. Прогнозують, що нанотехнології здатні перебудувати всі галузі промислового виробництва, спричинити нову науково- УДК 546.57-022.513.2:544.77.001.76 40 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ технічну революцію і вплинути на трансфор- мацію соціальної структури суспільства. Най- інтенсивніше розвиваються напрями з одер- жання і використання нанометалів [1]. На сьогодні є два основних способи отри- мання нанорозмірних частинок [2, 3]: 1) «зверху-вниз», від макрооб’єктів, — дро- блення речовини — фізичний спосіб, який включає термічне випаровування НЧ при об- робленні плазмою, лазером, електричною ду- гою і т.д., конденсацію вихідного матеріалу у вакуумі, механохімічне диспергування, елек- троерозію, літографію; 2) «знизу-вгору», від мікрооб’єктів, — кон- денсація атомів, молекул, іонів — хімічний спосіб: термічне чи радіаційне відновлення ме- таловмісних сполук; розкладання під дією УФ, УЗ, температури; синтез у зворотних міцелах на межі поділу фаз, золь-гель метод. Обидва напрями мають свої переваги й не- доліки, і той чи інший спосіб часто обирають, виходячи з практичних вимог. Методи хіміч- ного синтезу НЧ («знизу-вгору») — це підходи неорганічного, біохімічного, металоорганічно- го та органічного синтезу з процесами гетеро- генного фазоутворення в колоїдних чи поді- бних системах. Вони мають менше практичне застосування, в основному це дослідницькі розробки наукових лабораторій [3]. Більшість способів хімічного синтезу мають один іс- тотний недолік, пов’язаний з використанням поверхнево-активних речовин (ПАР) і стабі- лізаторів та неможливістю повного очищення від них поверхні отриманих НЧ. Те саме стосу- ється і забруднення наносуспензій сполуками бору, азоту та вуглецю через участь відновни- ків у реакціях. А в таких сферах застосування НЧ, як мікроелектроніка, спектроскопія, біо- логія, каталіз і особливо медицина, наявність навіть малих домішок є неприпустимою. Фізичні способи синтезу НЧ («зверху- вниз»), що полягають в інтенсивній тепловій або силовій дії на вихідний матеріал, видають- ся перспективнішими, оскільки отримані НЧ Гомогенна система Гетерогенна (неоднорідна) система Істинний молеку- лярний розчин Ультрадисперсний колоїдний розчин (золь) — прозорий, розсіює світло Високодисперсна суспензія Грубодисперсна суспензія Мутний розчин, спостерігається коагуляція і седиментація 0,1 нм 1 нм 10 нм 100 нм 1 мкм 10 мкм 100 мкм 1 мм 10 мм Атоми, молекули Кластер, клітинна мембрана Наночастинка Нано- частинки Віруси Бактерії Staphylococcus aureus Клітини крові Волосся людини Мікро- організми 1 — один із перших знімків мікроскопа Titan: «гантельки» з пар атомів германію на підкладці. Відстань між ато- мами в парі — 0,14 нм, графік відображує «зріз» по лінії (фото FEI Company); 2 — молекула пентацену: п’ять вуглецевих кілець гексагональної форми, зовні — позиції атомів водню, внизу — модель цієї молекули (фото IBM Research — Zurich) Таблиця 1. Нанометр на шкалі лінійних розмірів 11 22 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 41 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ характеризуються підвищеним рівнем вільної енергії і є більш чистими за хімічним складом [3]. Основна проблема фізичних методів — отримання НЧ з вузьким розподілом за розмі- ром та формою. Аналіз сучасних промислових методів синтезу НЧ металів свідчить, що найбільше практичне значення для продуктивного ви- робництва мають нові фізичні процеси нано- диспергування електропровідних матеріалів, передусім засновані на імпульсних процесах з високими швидкостями змін термодинамічних параметрів і високими щільностями концен- трації енергії для диспергування матеріалів. У цьому сенсі іонно-плазмові технології стоять на передньому краї виробництва наноматеріа- лів з новими прогнозованими якостями [4]. Отже, виробництво висококонцентрованих суспензій наноструктурних матеріалів в орга- нічних та неорганічних рідинах-носіях — так званих мастер-батчів (master-butch), що до- даються для розчинення до фармакологічних, косметичних та побутових хімічних продуктів, змінюючи і поліпшуючи їх споживчі якості, стає важливим самостійним напрямом розви- тку нанотехнологій. Електронно-променеві та плазмові технології для матеріалознавства Розроблені в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України методи одер- жання наноструктурованих покриттів за до- помогою електронно-променевої та плазмової технологій започаткували новий напрям у ма- теріалознавстві. Результати досліджень струк- тури і фізико-хімічних властивостей захисних покриттів, одержаних випаровуванням і роз- пиленням матеріалів у вакуумі, узагальнено в роботі [5]. Методом електронно-променевої техноло- гії фізичного осадження парової фази у ваку- умі (EBPVD) створюють матеріали і компо- зити, які можуть застосовуватися в медичній практиці [6]. У спільній науковій лаборато- рії електронно-променевої нанотехнології неорганічних матеріалів для медицини ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України і Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця розроблено технологію отримання НЧ заліза, міді та срібла з метою створення нової лікар- ської форми ентеросорбенту з НЧ срібла для лікування кишкових інфекцій, зокрема табле- ток, які поєднували б протимікробні та сорб- ційні властивості [7]. Для нанесення металевих НЧ у вакуумі на метали, органічні та неорганічні матеріали, рідкі середовища в ІЕЗ ім. Є.О. Патона розро- блено іонно-плазмову вакуумну технологію. Новий метод синтезу колоїдних розчинів на основі органічних водорозчинних рідин поєд- нав фізичний метод диспергації металу катода плазмовим струменем локалізованого тліючо- го розряду у вакуумі з внесенням (імпланту- ванням) цим струменем утворених НЧ у рід- кий носій у безперервному одностадійному технологічному циклі [8]. Диспергація електропровідних матеріалів локалізованим іонно-плазмовим тліючим роз- рядом значно підвищує продуктивність роз- пилення катодного матеріалу порівняно з ві- домими магнетронними методами. Крім того, цей процес дозволяє використовувати кілька таких розпилювальних систем, підключених паралельно, і продуктивність розпилення об- межується лише продуктивністю відкачки на- сосами плазмоутворюючих газів для підтри- мання динамічного вакууму в камері [9]. «Мокро-суха» технологія плазмового нанодиспергування В Інституті надтвердих матеріалів ім. В.М. Ба- куля НАН України в 2008—2010 рр. створено інноваційну одностадійну іонно-плазмову тех- нологію виготовлення концентрованих колоїд- них розчинів нанометалів у середовищах різної фізико-хімічної природи. Уперше комбінова- ним методом іонно-плазмового диспергування було отримано стабільні висококонцентровані (100 мг/л і вище) суспензії надчистих НЧ Cu, Ag, Au, Pd, Fe на основі харчового гліцерину та олій. Розроблені системи контролю і програ- мованого керування основними параметрами 42 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ процесу іонно-плазмового розпилення мета- левих катодів забезпечили можливість вироб- ництва висококонцентрованих наносуспензій із заданими параметрами в промислових обся- гах — 6 т/рік. Цю технологію було реалізовано на дослідно-виробничій базі Інституту [10]. На рис. 1 наведено схему комбінованого методу іонно-плазмового нанодиспергування. Дослідна установка складається з вакуумної камери, високовольтного джерела постійного струму, сопла-анода, підключеного до блока подачі плазмоутворюючого газу і закріпленого на певній регульованій відстані від катода, та ємкості з постійно охолоджуваною рідиною, у поверхню якої імплантуються НЧ. На прикладі конденсації НЧ золота у ваку- умній олії було доведено, що без спеціальних засобів перемішування їх концентрація зрос- тає лише в тонкому дифузійному поверхне- вому шарі рідини (30—40 нм), експонованому до потоку НЧ. Тому модуль диспергування в установці розмістили так, щоб забезпечити по- стійне оновлення поверхні оброблюваної рі- дини вихровим потоком плазмоутворюючого газу. Крім того, з метою керування концентра- цією НЧ і підвищення загальної продуктив- ності установки було розроблено спеціальний пристрій для багаторазового прокачування колоїдного розчину з можливістю організува- ти періодичні цикли експозиції наночастин- ками вже обробленої рідини безпосередньо у вакуумі. Цей пристрій забезпечує оптимальну швидкість зміни тонкого поверхневого дифуз- ного шару рідини, в якому відбувається ріст НЧ та їх агрегатів, що впливає на розмір НЧ у колоїдному розчині і дає змогу отримувати наносуспензії з концентрацією 50—1000 мг/л в одностадійному технологічному циклі. В експериментах було встановлено залеж- ність характеристичного діаметра і розподілу НЧ срібла та їх агрегатів у колоїдних розчинах на основі гліцерину від інтегральної величини потужності анодного струму — зі зменшен- ням рівня потужності струму (з 35 до 75 Вт) відповідно зменшується середній діаметр НЧ (50—25±10 нм) і змінюється відсотковий вміст фракції з максимальним розміром цих части- нок [11]. За результатами досліджень техноло- гічних циклів для різних металів у дослідно- промисловій установці було впроваджено про- грамне керування процесом іонно-плазмового розпилення металевих катодів, що дало змогу отримувати високоякісні партії суспензій НЧ з високими показниками відтворюваності фізико-хімічних характеристик. Основні переваги розробленої комбінованої «мокро-сухої» технології виробництва концен- трованих колоїдних розчинів нанометалів: • скорочення стадій виробництва та органі- зація одностадійного безперервного циклу, що дозволяє досягти надвисокої концентрації НЧ (до 1000 мг/л) у середовищах різної фізико- хімічної природи; • регулювання розміру диспергованих НЧ електропровідних матеріалів (характеристич- ний діаметр — від 20 ± 10 до 50±10 нм за вмісту фракції 60 ± 10 %) у рідких гідрофільних і гід- рофобних основах; • отримання колоїдних розчинів винятково чистих НЧ металів, які не містять залишкових хімічних реагентів і неконтрольованих домі- шок, мають стабільні реологічні характеристи- ки і які можна включати в рецептуру готових продуктів простим розмішуванням або розчи- ненням без зміни технологічного циклу вироб- ництва; • застосування не лише води як несучої рі- дини, а й харчового гліцерину, олій, а також Рис. 1. Схема диспергування металевого катода плаз- мовим потоком локалізованого тліючого розряду у ва- куумі з подальшою імплантацією НЧ цим потоком у рідину ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 43 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ сиропів і розплавів органічних речовин, воску тощо, що розширює перелік оброблюваних ма- теріалів; • зниження собівартості продукції — за ана- логічних концентрацій НЧ металів ціна у 8— 10 разів нижча, ніж закордонних аналогів. Оскільки в останні роки вдосконалення про- мислових методів синтезу НЧ металів для їх застосування в багатьох галузях науки і техні- ки стає стратегічним напрямом розвитку нано- технологій, розроблена в ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України технологія плазмового нанодис- пергування дозволить посісти власне місце на цьому перспективному ринку. Із застосуван- ням гідрофільної несучої рідини створено го- товий до вживання концентрований колоїдний розчин наносрібла в харчовому гліцерині — на- нопрепарат «Срібний щит — 1000», а на осно- ві гідрофобних рідин — нанопрепарат «Нано- агент+» — концентровані колоїдні розчини нанометалів (Cu, Au, Pt, Pd тощо). Реєстрацію торгових марок цих нових нанопродуктів було здійснено в 2010 р. Розміри і розподіл наночастинок металів у колоїдних розчинах на основі гліцерину Використання харчового гліцерину як рід- кої основи в розробленій технології дає змогу отримувати концентровані колоїдні розчини міді, срібла, золота та паладію без застосуван- ня стабілізаторів (гліцерин має біфільну моле- кулу і характеризується високою густиною), а самі розчини можуть бути використані у ви- робництві широкого спектру продуктів, до ре- цептур яких входить ця речовина. Розподіл НЧ металів за розмірами в таких колоїдних розчинах вивчали у кількох неза- лежних вітчизняних і зарубіжних лабораторі- ях [10—14]. Отримані дані свідчать про те, що форма частинок близька до сферичної, 75 % частинок мають розмір у діапазоні від 30 до 60 нм і лише приблизно 5 % — понад 80 нм. З огляду на специфіку застосування колоїд- них розчинів срібла як концентрованої доміш- ки, було проведено оцінку стабільності пер- винного колоїдного розчину срібла з масовим вмістом 100 та 10 мг/л. Встановлено, що коло- їдний розчин срібла в гліцерині з концентра- цію срібла 100 мг/л є кінетично та структурно- механічно стабілізованою і значною мірою структурованою системою, оскільки розмір сольватованих частинок порівнянний з від- станню між ними. При розведенні водою роз- чину срібла до концентрації 10 мг/л будова по- двійного електричного шару суттєво не зміню- ється внаслідок вираженого переважання вза- ємодій гідрофобної поверхні частинки срібла з гідрофобними частинами молекул гліцерину, ніж з водою. Тому адсорбований шар молекул залишається на гідрофобній поверхні частинок срібла, гідрофілізуючи її і тим самим стабілі- зуючи золь. Середня відстань між частинками при такому розведенні збільшується до 35 мкм, відповідно, ймовірність зіткнення частинок та їх подальшого злипання значно знижується, що також сприяє агрегативній стабільності суспензії. Отже, як вихідний колоїдний роз- чин срібла у гліцерині з концентрацію срібла 100 мг/л, так і розведений до 10 мг/л, зали- шаються кінетично й агрегативно стабільни- ми, практично не утворюють міцних агрегатів упродовж тривалого часу, а ті агрегати, які все ж утворилися, ефективно руйнуються ультра- звуком (рис. 2) [11]. Як видно з рис. 2, а, утво- рені агрегати є коагуляційними структурами з прошарком дисперсійного середовища. Рис. 2. ТЕМ-зображення зразків колоїдних розчинів срібла до (а) та після (б) обробки на ультразвуковому диспергаторі, ×100 нм 44 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Біосумісний дезінфектант нового покоління «Срібний щит — 1000» З використанням іонно-плазмової техноло- гії на дослідно-промисловій установці в ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України виготовлено біосумісний дезінфектант нового покоління «Срібний щит — 1000» — концентрований (100 мг/л), стабільний (не містить стабіліза- торів), нетоксичний, готовий до вживання, винятково чистий (99,99 % Ag) колоїдний роз- чин, середній розмір частинок срібла в якому становить 30—60 нм (75 %). Малі розміри і нейтральний (в електрохімічному сенсі) статус НЧ надає їм високої рухливості в біологічних середовищах, а велика надлишкова поверхне- ва енергія зумовлює їх високу фізико-хімічну і біологічну активність — при розведенні во- дою частинки срібла постійно продукують іони срібла, що забезпечує пролонговану дію препарату. Препарат біосумісний, не подраз- нює слизові оболонки, в разі потрапляння на шкіру пом’якшує її, не потребує змивання або нейтралізації, навпаки, підсилює бактерицидні властивості шкіри, утворюючи при висиханні прозору бактерицидну плівку. Препарат мож- на рекомендувати як засіб пролонгованого ін- дивідуального захисту медперсоналу, зокрема в інфекційних, протитуберкульозних закладах, на транспорті та в місцях масового скупчення людей. Бактерицидні властивості срібла. Люд- ство використовує срібло вже понад 4 тис. років. Важко навіть пригадати цивілізацію, в культурі якої не було б писемних пам’яток про цілющі властивості цього металу. Відомо, що срібло — природний антибіотик, здатний впоратися з усіма шкідливими мікроорганіз- мами (у тому числі з вірусами, грибами роду Candida), не спричинюючи дисбактеріозів, не пригнічуючи нормальну мікрофлору і не зни- жуючи імунний статус організму. Крім того, срібло є мікроелементом, необхідним для нор- мального функціонування внутрішніх органів і систем людини. Дуже важливою властивістю срібла є те, що при його застосуванні не від- бувається формування резистентних штамів мікроорганізмів, і тому не потрібно постійно розробляти нові дезінфектанти й антибіотики. Бурхливий розвиток вірусології та мікробіо- логії привів до розуміння інфекційної етіології багатьох захворювань, які раніше традиційно розглядали як соматичні. За даними ВООЗ, 75 % випадків інфекційних захворювань спри- чинено вірусами, 25 % смертності зумовлено інфекційними хворобами, на гострі респіра- торні вірусні інфекції щороку страждає трети- на населення планети. Тому вибір ефективних засобів запобігання інфекційним захворюван- ням різної етіології та створення дезінфек- ційних препаратів у системі профілактики внутрішньолікарняних інфекцій залишається важливою проблемою. Срібло та його сполуки є ефективними анти- мікробними препаратами, які давно знайшли застосування в медицині. Дія іонів срібла спе- цифічна не за збудником інфекції (як у анти- біотиків), а за клітинною структурою. Будь-яка клітина без хімічно стійкої стінки піддається впливу срібла. Механізм його дії на одноклі- тинні (бактерії) і безклітинні мікроорганізми (віруси) полягає в тому, що іони срібла пошко- джують цитоплазматичну мембрану мікроор- ганізмів і порушують процес клітинного дихан- ня — блокують її здатність передавати кисень всередину клітини бактерії, що призводить до «задухи» мікроорганізму та його загибелі [15]. За низьких концентрацій іони срібла можуть діяти на рівні мембрани, за вищих — взаємоді- яти з цитоплазматичними компонентами все- редині клітини. Дуже великою є різниця в ток- сичності сполук срібла для нижчих форм жит- тя і для вищих організмів, тобто концентрації сполук срібла, летальні для мікроорганізмів, практично нешкідливі для тварин і людини. Іонне срібло має той недолік, що, потрапля- ючи у більшість біологічних середовищ, утво- рює нерозчинні солі, які випадають в осад, а це призводить до втрати біоцидної активності препаратів на основі іонного срібла. НЧ срібла, особливо якщо вони стабілізовані, виявляють більшу стійкість і відповідно пролонгацію дії біоцидної активності. Маючи розвинену по- верхню, НЧ забезпечують максимальний кон- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 45 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ такт з навколишнім середовищем, а малі роз- міри дають їм можливість проникати крізь клітинні мембрани і впливати на внутрішньо- клітинні процеси (макрофаги «не бачать» НЧ розміром менш як 70 нм). Сучасні уявлення про біохімічні механізми впливу НЧ срібла на бактерії порівняно з дією іонів срібла наведено в оглядах [3, 16]. Відомо також про позитивний синергетичний ефект дії наносрібла та різних антибіотиків у бороть- бі з Escherichia coli і Staphylococcus aureus [17]. У роботі [18] показано, що НЧ срібла розміром 10 нм можуть селективно взаємодіяти з гліко- протеїновою ділянкою вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ-1), блокуючи його здатність зв’я- зуватися з клітиною і проникати в неї. Елект- ронно-мікроскопічні дослідження свідчать, що під дією НЧ срібла вміст цитоплазми і зовніш- ня оболонка клітин бактерій зазнають струк- турних змін, цитоплазматична мембрана по- шкоджується і з клітин починає витікати цито- плазма [19]. Щодо дії НЧ срібла на бактеріальну клітину дискутується питання, чи пов’язаний цей ефект лише з впливом іонів срібла, що утворюються при контакті НЧ з біологічними середовищами, чи наночастинки діють незалежно, і чи впливає форма НЧ на їх біоцидну активність [20]. Токсичність препаратів срібла. Відомо, що іони срібла в нітраті срібла (фармакопей- ний препарат) та інших водорозчинних солях дуже реакційноздатні, виявляють сильну при- пікальну дію на шкіру та слизові, швидко від- новлюються під дією світла й інактивуються при зв’язуванні з хлорид-, фосфат- та іншими аніонами рідких середовищ організму і клітин- них компонентів. Крім того, водорозчинні солі срібла досить токсичні, тому більшість препа- ратів срібла створено на основі колоїдних роз- чинів [21]. Найвідомішими препаратами коло- їдного срібла є коларгол (на основі колоїдних частинок металевого срібла, стабілізованих протеїнами), протаргол (на основі золю окси- ду, нітрату або інших солей срібла, стабілізо- ваного желатином, сироватковим альбуміном, казеїном чи пептоном), арговіт і аргоніка (на основі нанокластерного срібла, стабілізовано- го полівінілпіролідоном), AgБіон-2 (колоїдний розчин срібла біохімічного синтезу, стабілізо- ваного ПАР). Гідролізатори протеїнів і ПАР крім стабілізації дисперсії оберігають іони і кластери срібла від швидкої інактивації ані- онами та іншими компонентами середовища. Агрегаційна стійкість водних розчинів кла- сичних препаратів колоїдного срібла, що міс- тять частинки Ag розмірами від 10 до 300 нм, становить не більше місяця, що не дозво- ляє випускати їх у вигляді водних розчинів і ускладнює застосування. Менший середній розмір частинок срібла в арговіті підвищує ефективність використання срібла і зумовлює агрегаційну стійкість його розчинів, тому цей препарат випускають у вигляді концентрова- них розчинів, термін придатності яких стано- вить понад один рік. Усі згадані препарати колоїдного срібла одер- жано хімічним способом («знизу-вгору»), вони є непрозорими і забарвленими, тоді як «Сріб- ний щит — 1000» — прозорий, чистий колоїд- ний розчин наносрібла в гліцерині, не містить залишкових хімічних реагентів і неконтрольо- ваних домішок, має стабільні реологічні харак- теристики (НЧ срібла зберігаються в продукті в неагломерованому стані впродовж двох років), який можна включати в рецептуру сотень го- тових продуктів простим розмішуванням або розчиненням в інгредієнтах продукту без зміни технологічного циклу його виробництва. Для успішного використання сполук срібла як антибактеріальних агентів потрібні детальні дослідження їх дії на мікроорганізми. У роботі [22] провели in vitro порівняння антибактеріаль- ної активності іонів та НЧ срібла, отриманих хі- мічним способом. І іони, і наночастинки срібла показали високу антибактеріальну активність навіть за дуже низьких концентрацій (кількох одиниць мг/л). Такі концентрації НЧ срібла не виявили гострої цитотоксичності для клітин ссавців (це відбувається лише за концентрацій понад 60 мг/л) та екотоксичності щодо еука- ріотичних організмів (спостерігається лише за концентрацій, вищих за 30 мг/л). Проте певний рівень цито- і екотоксичності іонного срібла зберігається навіть за концентрації 1 мг/л. 46 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Результати досліджень, проведених в Інсти- туті екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя МОЗ України, засвідчили нешкідливість вза- ємодії колоїдного розчину срібла в гліцерині зі шкірою та слизовими оболонками люди- ни і тварин, що дозволило віднести препарат «Срібний щит — 1000», згідно з ГОСТ 12.1. 007—76, до IV класу токсичності (практично нетоксичний). Токсичність препарату «Сріб- ний щит — 1000» у кілька разів нижча, ніж пре- паратів на основі іонного срібла (табл. 2), що дає змогу віднести «Срібний щит — 1000» до високоефективних малотоксичних препаратів широкого спектру дії. Антимікробна, антигрибкова і антивірус- на активність препарату «Срібний щит — 1000». Комплексне дослідження антимікроб- ної, антигрибкової і антивірусної активності препарату проводили в Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України [11, 12]. Антимікробну дію препарату вивчали щодо референтних штамів умовно патогенних бактерій (Staphylococcus aureus, Escherichia coli) і грибів (Candida albicans). Дослідження анти- вірусних властивостей препарату здійснювали щодо вірусів герпесу, везикулярного стоматиту та грипу АFM1/47 H1N1. У табл. 3 містяться зведені дані ефективності дії препарату «Сріб- ний щит — 1000» на мікробну клітину, з яких видно, що препарат виявляє бактеріостатич- ний ефект відносно Escherichia coli вже за кон- центрації 1,5 мг/л, а за концентрації 10 мг/л спостерігаються бактерицидний, фунгіцидний і вірулецидний ефекти. Слід зазначити, що показники активності препарату «Срібний щит — 1000» (10 мг/л) у 2000 разів перевищують ефективність дії пре- паратів на основі глутарового альдегіду, які були і залишаються «золотим стандартом» се- ред дезінфектантів та стерилянтів і до сьогодні застосовуються для знищення всіх форм живих мікроорганізмів. За даними Товариства інфек- ційного контролю США, препарати на основі глутарового альдегіду проявляють високу ак- тивність у 2 % водному розчині (20000 мг/л). Враховуючи, що високий рівень активності майже всіх хімічних сполук, найчастіше ви- користовуваних у рецептурах дезінфекційних препаратів, зберігається за їх концентрації у воді 0,1—8,0 %, можна стверджувати, що за ефективністю дії препарат «Срібний щит — 1000» не має аналогів. Фунгіцидну активність препарату «Срібний щит — 1000» досліджували також у лаборато- рії бактеріологічного контролю Державного науково-дослідного інституту ветеринарних препаратів та кормових добавок (м. Львів) [23]. Показано, що відносно всіх досліджува- них культур грибів — Candida utilis Lia-01Б, Candida albicans УКМ V-2681 (AТСС 10231), Zygosaccharomyces rouxii NCYC 381, Saccharo- myces cerevisiae АТСС 9763, Candida pseudo- tropicalis, Aspergillus niger (польовий штам) — фунгіцидна концентрація для суміші наночас- тинок срібла та міді була значно нижчою, ніж для срібла, — 25 і 50 мкг/мл відповідно. Це підтвердило факт синергетичного впливу срі- бла і міді на патогенну мікрофлору, наприклад, у відомому препараті «Шумерське срібло» на основі цитратів срібла і міді (ТОВ «Наномате- ріали і нанотехнології») [24]. Таблиця 2. Порівняння токсичності препаратів срібла Доза, мг/кг ваги щура Іонне срібло AgNO3 Колар- гол Протар- гол Арговіт Срібний- щит — 1000 LD50* 125 70 250 500 7000 * LD50 — доза срібла, що призводить до загибелі 50 % дослідних тварин Таблиця 3. Дія препарату «Срібний щит — 1000» на мікробну клітину Концентрація срібла, мг/л 1,5 6,0 9,87 7,5—10,0 Через 3 хв 80 % бактерій і грибів припиня- ють ріст Через 3 хв 99 % бактерій Escherichia coli гине Через 3 хв гинуть гриби Candida albicans Профілактика і захист від ві- русів герпесу, везикулярного стоматиту та грипу АFM1/47 H1N1 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 47 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Колоїдні розчини срібла, отримані за допо- могою плазмової технології, і водні розчини препарату «Срібний щит — 1000» можна також використовувати як активний дезінфекційний засіб для: • оброблення питної води, введення анти- бактеріальних добавок у продукти санітарії та гігієни, медичні препарати, пакувальні матері- али, косметику; • антисептичного оброблення технічних тканин, нетканих фільтрових матеріалів, бі- лизни, взуття тощо; • створення антимікробних (зокрема, про- титуберкульозних і антистафілококових) фарб для громадських приміщень та лікувальних за- кладів; • антибактеріального оброблення і підвищен- ня термінів зберігання харчових продуктів при кулінарному обробленні, фасуванні, пакетуванні; • заміни небезпечних консервантів у варен- ні, джемі, кремах і соусах, м’ясних консервах та молочних продуктах; • боротьби із зараженням «картопляною паличкою» борошна і тіста для хліба з метою підвищення термінів його зберігання; • очищення молока у фермерських госпо- дарствах від стафілококів та повернення його в оборот для вигодовування телят [25]. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Фостер Л. Нанотехнологии, наука, инновации и возможности. — М.: Техносфера, 2008. — 352 с. 2. Шпак А.П., Ульберг З.Р. Коллоидно-химические основы нанонауки. — К.: Академпериодика, 2005. — 466 с. 3. Андрусишина И.Н. Наночастицы металлов: способы получения, физико-химические свойства, методы иссле- дования и оценка токсичности // Сучасні проблеми токсикології. — 2011. — № 3. — С. 5—14. 4. Минько Н.И. Методы получения и свойства нанообъектов. — М.: Флинта, 2009. — 168 с. 5. Мовчан Б.А., Малашенко И.С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. — К.: Наук. думка, 1983. — 232 с. 6. Movchan B.A. Inorganic materials and coatings produced by EBPVD // Surf. Eng. — 2006. — V. 22, N 1. — Р. 35— 46. 7. Савченко Д.С., Курапов Ю.А., Воронін Є.П., Чекман І.С. Допоміжні речовини у розробці лікарських засобів: фармакологічні, фармацевтичні та технологічні аспекти // Запорожский медицинский журнал. — 2011. — Т. 13, № 5. — С. 122—129. 8. Пат. 80513, МПК B 22 F 9/14, A 61 K 33/38. Одностадійний спосіб приготування висококонцентрованих сус- пензій нанорозмірних часток електропровідних матеріалів на основі водорозчинних та водонерозчинних рі- дин та пристрій для його здійснення / Л.Д. Кістерська, В.П. Садохін, Д.А. Дудко. — Опубл. 25.09.2007, бюл. № 15. 9. Пат. 7111, МПК. С 23 С 14/00. Спосіб іонного розпилення та пристрій для його здійснення / Д.А. Дудко, Л.Д. Кістерська, М.В. Кузнецов. — Опубл. 30.06.1995, бюл. № 2. 10. Новiков М.В., Кiстерська Л.Д., Садохiн В.В. та ін. Екологічно чиста технологія плазмового диспергування елек- тропровідних матерiалiв з одностадiйним циклом виготовлення cуспензій наночастинок у широкому спектрі рідких основ // Порошковая металлургия. — 2012. — № 1/2. — C. 34—45. 11. Кістерська Л.Д., Зозуля В.В., Перевертайло В.М. та ін. Дослідження фізико-хімічних властивостей та протимі- кробної активності наносуспензій срібла // Наноструктурное материаловедение. — 2009. — № 2. — C. 33—39. 12. Кістерська Л.Д., Співак М.Я., Перевертайло В.М. та ін. Нанодисперсні суспензії срібла та їх антивірусні влас- тивості // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 3. — C. 62—69. 13. Кистерская Л.Д., Садохин В.В., Садохин В.П. и др. Размеры и распределение наночастиц металлов в колло- идных растворах, полученных методом плазменного распыления с одновременной имплантацией частичек в жидкую среду // Наноструктурное материаловедение. — 2012. — № 4. — C. 106—111. 14. Садохин В.В., Логинова О.Б., Кистерская Л.Д. Управление физико-химическими свойствами наночастиц ме- таллов в процессе получения коллоидных растворов методом ионно-плазменной диспергации // Перспекти- вы науки. — 2013. — № 11(50). — С. 104—107. 15. Кульский Л.А. Серебряная вода. — К.: Наук. думка, 1977. — 163 с. 16. Надточенко В.А., Радциг М.А., Хмель И.А. Антимикробное действие наночастиц металлов и полупроводников (обзор) // Российские нанотехнологии. — 2010. — Т. 5, № 5—6. — C. 37—46. 48 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 17. Shahverdi A.R., Fakhimi A., Shahverdi H.R., Minaian S. Synthesis and effect of silver nanoparticles on the antibacterial activity of different antibiotics against Staphylococcus aureus and Escherichia coli // Nanomedісіne. — 2007. — V. 3, N 2. — P. 168—171. 18. Elechiguerra J.L., Burt J.L., Morones J.R. et al. Interaction of silver nanoparticles with HIV-1 // J. Nanobiotechnol. — 2005. — V. 3. — P. 6—13. 19. Chwalibog A., Sawosz E., Hotowy A. et al. Visualization of interaction between inorganic nanoparticles and bacteria or fungi // Int. J. Nanomed. — 2010. — N 5. — P. 1085—1094. 20. Lok C.N., Ho C.M., Chen R. et al. Silver nanoparticles: partial oxidation and antibacterial activities // J. Biol. Inorg. Chem. — 2007. — V. 12, N 4. — P. 527—534. 21. Чекман І.С., Прискока А.О., Бабій В.Ф. та ін. Медичне застосування наночастинок срібла: токсикологічний аспект // Современные проблемы токсикологии. — 2010. — № 4. — С. 10—13. 22. Kvitek L., Panacek A., Prucek R. et al. Antibacterial activity and toxicity of silver — nanosilver versus ionic silver // J. Phys. — 2011. — V. 304, N 1. — Р. 1—8. 23. Кистерская Л.Д., Садохин В.В., Садохин В.П. и др. Биосовместимые дезинфектанты нового поколения на основе наносеребра // International Science and Technology Days Poland — East: Proc. Conf. (1 May 2012, Bia- lystok, Poland). — P. 53—59. 24. Каплуненко В.Г., Косинов Н.В. Эрозионно-взрывные нанотехнологии на основе нового физического явления // Вісник Запорізького національного університету. — 2008. — № 2. — С. 80—84. 25. Пат. України № 78840. Cпосіб знезараження некондиційного молока від хворих на субклінічний мастит корів з вмістом в ньому Staphylococcus aureus розчином наночастинок срібла в харчовому гліцерині / В.В. Кас’янчук, Л.Д. Кістерська, В.П. Садохін та ін. — Опубл. 10.04.2013, бюл. № 7. Стаття надійшла 20.11.2014. Л.Д. Кистерская, О.Б. Логинова, В.В. Садохин, В.П. Садохин Институт сверхтвердых материалов НАН Украины ул. Автозаводская, 2, Киев, 04074, Украина ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОСОВМЕСТИМЫХ НАНОДЕЗИНФЕКТАНТОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Рассмотрена новая экологически чистая высокопроизводительная комбинированная «мокро-сухая» технология плазменного нанодиспергирования электропроводных материалов с одностадийным циклом изготовления кол- лоидных растворов в широком спектре жидких носителей. Определены размеры и распределение наночастиц металлов в пищевом глицерине. Изучена бактерицидная, фунгицидная и антивирусная активность высокоэф- фективного малотоксичного препарата широкого спектра действия «Серебряный щит — 1000» на основе колло- идного раствора наносеребра. Охарактеризованы области применения биосовместимого дезинфектанта нового поколения. Ключевые слова: нанодиспергирование, коллоидный раствор, наночастицы Аg, Au, Cu, Pd, распределение по раз- меру, бактерицидная, фунгицидная и антивирусная активность, токсичность. L.D. Kisterska, O.B. Loginova, V.V. Sadokhin, V.P. Sadokhin Institute of Superhard Materials of National Academy of Sciences of Ukraine 2 Avtozavodskaya St., Kyiv, 04074, Ukraine NEW GENERATION BIOCOMPATIBLE NANODISINFECTANTS INNOVATIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY Innovative high-performance ion plasma sputtering single-stage cycle “wet-dry” technology of the electrically conduc- tive materials for making of colloidal solutions in a wide range of liquid media is described. The size and distribution of metal nanoparticles in food glycerin are shown. Bactericidal, fungicidal, and antiviral activity of low-toxic broad-spec- trum colloidal solution “Silver Shield — 1000” on the basis of nanosilver is studied. The application of a new generation of biocompatible disinfectants is characterized. Keywords: ion plasma sputtering, colloidal solution, nanoparticles Ag, Au, Cu, Pd, size distribution, bactericidal, fungi- cidal, and antiviral activity, toxicity.

Інноваційна технологія виробництва біосумісних нанодезінфектантів нового покоління

Institution

Ähnliche Einträge