АНТИСЕПТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
ANTISEPTIC PREPARATION AND METHOD FOR OBTAINING THEREOF

Изобретение, представляющее собой группу технических решений, объединенных общим изобретательским замыслом, относится к медицине, а более конкретно к промышленному приготовлению антисептических средств медицинского назначения, содержащих диспергированные наночастицы серебра, и может быть использовано в офтальмологии, ЛОР, дерматологии, стоматологии, хирургии, урологии, акушерстве и гинекологии, комбустиологии и т.д.
Из уровня техники известен биоцидный концентрат, предназначенный для последующего разведения, содержащий металлические наночастицы размером 5-50 нм, который обладает выраженным антимикробным действием (патент RU 2286951, 2006 г.).
Эти наночастицы получают в результате эрозии материала электродов, помещенных в циркулирующей воде при высокочастотных дуговых разрядах.
Генерируемые наночастицы связываются в кластеры в форме ассоциатов, присоединяя структурные элементы воды, образующиеся под действием импульсных дуговых разрядов. В результате описанной технологии получают концентрат в форме гидрозоля: взвешенных в воде кластеров из металлических наночастиц (коллоидный раствор).
При этом осуществляется активный технологический контроль за градиентом температуры в камере и за величиной межэлектродного промежутка.
Описанное техническое решение предназначено для обеззараживания воды комплексным воздействием. Так, при действии электрических высокоэнергетических разрядов в потоке воды помимо генерируемых волн сжатия и ультрафиолетового излучения, создания атомарного кислорода и гидроксильных радикалов, за счет электроэнергии взрывного характера из материала электродов образуются наночастицы (60-75 мас. %), ионы (10-15 мас. %) и микрочастицы (10-30 мас. %).
Микрочастицы обладают металлическими свойствами - слабо растворимы и практически не участвуют в обеззараживании; под действием сил гравитации они либо выпадают в осадок, либо выводятся вместе с обработанной водой из камеры в виде балласта.
Ионы металлов оказывают неспецифическое ингибирующее действие на микроорганизмы.
Таким образом, практически используется синергическое действие физических (волн сжатия, ультрафиолетовое излучение) и химических факторов (наночастицы металлов, атомарный кислород, гидроксильные радикалы) на микроорганизмы, содержащиеся в обрабатываемой воде.
Особенностью способа получения дисперсной системы является формирование ассоциатов за счет координационных связей наночастиц со структурными элементами обработанной воды, что способствует ее стерилизации.
3
6
7
3
При действии электрических разрядов с энергией в диапазоне 1-10 Дж/см (частота разрядов 10-100 Гц, скорость нарастания тока 10-10 А/с, расстояние между электродами 1 см, расход воды 1-10 см/с) с материалом электродов из железа, титана, меди, серебра, оксидов металлов и некоторых сплавов установлено, что в диапазоне рН от слабокислой до щелочной областей образуются кластеры наночастиц размером 5-50 нм, которые характеризуются антисептическим и фунгицидным эффектом, то есть противомикробным действием против грибков, вирусов и бактерий соответственно.
Обрабатывая циркулирующий объем воды многократно, получают водную дисперсию с заданной концентрацией кластеров наночастиц и ионов, при этом концентрационное соотношение ионной формы и кластеров наночастиц выполняется в соответствии с законом растворимости.
Приготовленную по предложенному способу водную дисперсную систему (гидрозоль) можно использовать для обеззараживания другой воды путем добавления полученного биологического концентрата (его разбавлением).
Недостатком известного технического решения является относительно невысокая стабильность полученной дисперсионной системы из-за наличия примесей (центров агломерации) в исходной воде, что сокращает срок ее хранения и действия по назначению.
Седиментационная устойчивость описанного коллоидного раствора невысокая по причине насыщения композиции ионами при гальваническом растворении металлических электродов в процессе сопутствующего электролиза.
Известно более эффективное антисептическое средство в виде биоцидного концентрата с улучшенными служебными характеристиками при повышенном содержании функциональных наночастиц, описанного в патенте RU 2422377 С2, 2009 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному биоцидному концентрату.
Известный биоцидный концентрат, предназначенный для последующего разбавления, содержит кластеры наночастиц серебра размером 5-50 нм, которые получены эрозией серебряных электродов, помещенных в циркулирующей воде, в результате высокочастотных дуговых разрядов при активном контроле межэлектродного промежутка, когда наночастицы формируют ассоциаты с водой.
Особенностью приготовления концентрата, который выполняют в форме стабильного гидрозоля в дистиллированной воде концентрацией до 100 мг/л, является то, что формируемые наночастицы, нагретые в газовой среде дугового разряда в межэлектродном промежутке 150-250 мкм, подвергают закалке, при падении в воду.
Для исключения безыскрового режима разряда, когда импульсы высокого напряжения продолжают действовать на электродах, насыщая композицию ионами, межэлектродный промежуток выдерживают в узком диапазоне посредством электропривода с микрометрическим шагом подачи, в соответствии с активными измерениями бесконтактным датчиком.
При межэлектродном промежутке менее 150 мкм возникают технические проблемы стабильного зажигания импульсных дуговых разрядов, а более 250 мкм - не обеспечивается режим закалки наночастиц.
Кластеры из наночастиц закаленного серебра характеризуются более высокой удельной поверхностной энергией, в результате чего повышается седиментационная устойчивость приготовленного биоцидного концентрата за счет формирования ассоциатов: присоединения к кластеру структурных элементов воды, образующих оболочку с развитой поверхностью.
Приготовленный биоконцентрат в форме гидрозоля повышенного содержания кластеров наночастиц серебра в дистиллированной воде, в которой отсутствуют центры агломерации, пригоден для разбавления питьевой водой (90 мас. %), которая при этом получает бактерицидную обработку.
При разбавлении биоцидного концентрата питьевой водой полученный продукт содержит кластеры наночастиц серебра в количестве гарантированно ниже предельно установленной нормы, сохраняя бактерицидное действие.
Максимально достигнутая концентрация наночастиц серебра 100 мг/л в гидрозоле является вдвое выше, чем по известным аналогам.
Недостатком известного антисептического средства является то, что область его применения ограничена возможностью обеззараживания только воды.
Несмотря на то, что в описании патента указаны возможности его применения в комплексе с хитозаном для воздействия на иммунную систему человека и обмен веществ у пациентов с поверхностными ранами, однако подобное действие не подтверждено какими-либо исследованиями.
Кроме того, недостатком является и то, что концентрат используется с технически возможным максимальным содержанием наночастиц серебра не выше 100 мг/л, так как при большей концентрации происходит расслоение раствора. Это ограничивает эффективность целевого применения средства и технологические возможности по созданию более насыщенных наночастицами серебра изделий медицинского назначения в виде гелевого или мазевого препарата.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности и эффективности лечебно-профилактического действия средства, приготовленного в виде гелевого или мазевого препарата, обеспечивая тем самым более широкие технологические возможности применения по назначению.
Заявляемое антисептическое средство включает в себя наночастицы закаленного серебра в количестве от 0,01 до 0,05 мас %, основу, представленную вязкотекучим веществом и воду количеством не выше 5 мас. % от массы средства.
В частном случае осуществления антисептического средства концентрация наночастиц серебра в средстве составляет от 100 до 500 мг/л.
Также в частном случае осуществления антисептического средства в качестве вязкотекучего вещества выступает глицерин, и/или ланолин, и/или вазелин.
В качестве независимого изобретения заявлен способ получения антисептического средства, включающий получение стабильного гидрозоля на основе дистиллированной воды, содержащего наночастицы закаленного серебра размером 5-50 нм, полученные эрозией серебряных электродов, помещенных в циркулирующей дистиллированной воде, в результате высокочастотных дуговых разрядов в контролируемом межэлектродном промежутке, который активно регулируется посредством электропривода с микрометрическим шагом подачи, связанного с бесконтактным датчиком и с концентрацией наночастиц серебра в диапазоне 0,5-100 мг/л, после чего посредством ступенчатой экстракции основа замещена вязкотекучим веществом, последовательно совмещаемым с гидрозолем до концентрации наночастиц серебра в получаемом средстве от 100 до 500 мг/л и содержанием воды не выше 5 мас. %. от массы средства.
Также в частном случае осуществления способа в качестве вязкотекучего вещества, в который экстрагируют наночастицы серебра из приготовленного гидрозоля, выступает глицерин, и/или ланолин, и/или вазелин.
Техническими результатами заявляемого изобретения является:
- возможность применения средства для обработки соответственно слизистой и кожной поверхностей тела человека;
- более высокое содержание наночастиц серебра в заявляемом средстве, что позволяет повысить эффективность применяемого средства;
- получение средства, которое не расслаивается и длительное время не меняет свои физико-технические характеристики и лечебно-профилактические свойства.
Совмещение гидрозоля с глицерином, ланолином, вазелином и т.п. вязкотекучим веществом, не смешиваемым с водой, сопровождается автоматической экструзией наночастиц серебра в примыкающую геле-мазевую основу, после чего чистую воду сливают и совмещают со следующей порцией гидрозоля для повышения в геле-мазевой основе концентрации наночастиц серебра до заданной.
Контролируется процесс экструзии содержанием в приготавливаемом препарате воды не более 5 мас. %, выше которого он заметно снижает консистенцию.
Верхний предел содержания наночастиц серебра в геле-мазевой основе препарата ограничен концентрацией 500 мг/л, так как дальнейшее повышение содержания наночастиц серебра не дает заметного улучшения медицинского воздействия на обрабатываемые поражения при замедлении экстракции наночастиц серебра в основу и практически неприемлемой длительности технологического процесса в целом.
Предложенное антисептическое средство в качестве изделия медицинского назначения на основе, например, глицерина, содержащее распределенные в объеме вязкотекучей основы в количестве 100-500 мг/л, удобно для нанесения на открытые кожные поверхности тела человека, где длительно сохраняется, не стекая, оказывая эффективное лечебное действие на различного рода поражения и заболевания, расширяя возможности применения по назначению.
Особенностью приготовления антисептического раствора с повышенным содержанием наночастиц серебра (больше 100 мг/л) является то, что при непосредственном контакте полученных при электродуговом разряде наночастиц закаленного серебра с гелево-мазевой основой произойдет термическое разрушение последней.
Более того, не представляется технически возможным в серийном производстве распределение наночастиц серебра непосредственно в геле-мазевую основу, минуя фазу гидрозоля.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративное назначение и не ограничивают объема притязаний совокупности существенных признаков формулы, где схематично изображена установка для получения гидрозоля.
На фиг. 1 изображена схема установки для приготовления гидрозоля;
на фиг. 2 - то же, электрическая блок-схема.
Опытно-промышленная установка (фиг. 1) приготовления биоцидного водного концентрата содержит два серебряных электрода 1 и 2, помещенных в сосуде 3 и связанных посредством тоководов 4 через параллельно подключенный накопительный конденсатор 5, имеющий скорость зарядки 1-10 мкс и емкость которого составляет 0,004 мкФ, с регулируемым блоком 6 электропитания.
Сосуд 3 оснащен насосом 7 циркулирования обрабатываемой жидкости.
Датчик 8 разрядного тока связан с осциллографом 9 для активного контроля процесса насыщения дистиллированной воды наночастицами серебра.
Электроды 1 и 2 через разрядный конденсатор 10 (фиг. 2) связаны с блоком 11 управления генератором 12 импульсов напряжения, которые характеризуются коротким передним фронтом (несколько мкс) для того, чтобы обеспечить сравнительно малый период их следования.
Генератор 12 импульсов обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 1-10 кВ, энергию импульсов тока 1-10 Дж амплитудой 0,5-5 кА и частотой следования 1-10 Гц.
Второй выход блока 11 подключен к накопителю энергии (конденсатору 5), который через высоковольтный трансформатор 13 связан с блоком 6, регулирующим электрическое напряжение - ЛАТР-ом, питающимся от сети.
Резонансная частота разрядного контура, составленного из накопительного конденсатора 5, тоководов 4 и электродов 1, 2, установлена 30 МГц.
Функционирует описанная установка следующим образом.
При подаче напряжения на электроды 1 и 2 от источника 6 питания, когда пробивное напряжение в межэлектродном промежутке 1-2 (величиной 200 мкм) составляет в среднем 8 кВ, происходит разряд его емкости через тоководы 4, электроды 1, 2 и разрядный промежуток 1-2 между последними.
Контроль за величиной межэлектродного промежутка 1-2 осуществляется во время технологического процесса по показаниям бесконтактного датчика 8, посредством регулированной микрометрической подачи реверсивного электропривода (условно не показан).
8
При этом частота следования разрядных импульсов составляет 50 Гц, а длительность одного разрядного импульса - 3×10 с.
Параметры приготовления гидрозоля (коллоидных взвесей кластеров серебра) контролируются измерениями затухания оптического луча и опалесценции.
Размеры наночастиц серебра в приготовленном гидрозоле, измеренные электронным микроскопом, составили 5-50 нм.
На поверхности диспергированных кластеров серебра в воде формируется оболочка из соединений серебра с растворенным кислородом, которая стабилизирует приготовленный гидрозоль.
Седиментационная устойчивость приготовленного гидрозоля контролируется путем измерения характеристик оптического поглощения в диапазоне длин волн 316-980 нм.
Контроль проводился в промежутке времени 36 месяцев и подтвердил неизменность оптического поглощения, то есть отсутствие расслоения в коллоидном растворе, отсутствие оседания наночастиц серебра в дистиллированной воде (антисептическом растворе).
Для приготовления средства полученный гидрозоль совмещают например с глицерином и активно их перемешивают, ускоряя процесс экстракции наночастиц серебра в глицерин.
После отстоя смеси воду сливают и операцию экстрагирования повторяют до насыщения глицерина наночастицами серебра заданной концентрации (в диапазоне 100-500 мг/л), при контроле содержания воды в готовом препарате не более 5 мас. %.
Готовое средство можно расфасовывать в тубы из полимерных или металлических материалов.
Испытания опытных образцов в клиническом применении для лечения больных с различными заболеваниями подтвердили достижение положительных результатов по надежности функционирования в заданном регламенте использования, обеспечив повышенную эффективность действия по назначению, что позволяет рекомендовать изобретение для практического использования в лечебно-профилактическом назначении больным.
Сущность изобретения иллюстрируют нижеследующие клинические примеры применения приготовленного по настоящему изобретению средства.
Пример 1
Больная Л., 19 лет. Получен ожог 2-й степени в результате попадания кипятка на открытые кожные покровы. С целью профилактики возникновения местного инфекционного процесса на поверхность размером 10×8 см наносилось средство на основе глицерина, содержащее 450 мг/л наночастиц серебра. Никакие препараты на основе антибиотиков в данном случае не применялись. В течение недели использования указанного препарата медицинского назначения наблюдалась положительная динамика выздоровления больной и отсутствие признаков гнойного воспаления очага поражения.
Пример 2
Больной В., 56 лет. На коже спины возник фурункул. В течение 3-4 дней использовалась монотерапия средством на основе вазелина с содержанием 500 мг/л наночастиц серебра, нанесенного на ватно-марлевый тампон, накладываемый на образование на ночь. Через четыре дня клинические проявления данного заболевания исчезли. Положительный результат достигнут.
Пример 3
Больной С., 47 лет. Диагноз - герпетический кератит. Получал лечение известными зарубежными и отечественными противовирусными офтальмологическими препаратами. В течение 10 дней - динамика лечения слабоположительная. Все препараты были отменены. Больной начал закладывать средство на основе глицерина, содержащее 110 мг/л наночастиц серебра за веко пораженного глаза 2 раза в день. Через 3-4 дня было отмечено полное отсутствие воспалительного вирусного очага на роговице правого глаза. Больной также уверенно отметил отсутствие каких-либо жалоб и качественное улучшение состояния.
Пример 4
Больной К. 38 лет. Термический ожог бедра 2-3 степени. Проводилась терапия при помощи орошения ожоговой поверхности раствором коллоидного серебра с концентрацией 75 мг/л 5-6 раз в день в течение 3 дней. Динамика слабоположительная. На 4-й день терапии было принято решение о смене коллоидного раствора серебра на мазь на основе коллоидного серебра (с концентрацией серебра 450 мг/л). Данная порция мази была изготовлена 2,5 года назад. Стала наблюдаться выраженная положительная динамика с первого дня применения мази в лечении ожога. Через 1,5 недели лечение завершили.
Данный клинический пример говорит о большей эффективности мази в связи с более высокой концентрацией в ней коллоидного серебра, чем в водном растворе. Также пример доказывает стабильность терапевтического эффекта мази и ее действующего вещества (коллоидное серебро) на протяжении длительного времени, так как применялся и показал свою эффективность препарат, изготовленный полгода назад.
Использование заявляемого средства у 20 больных подтвердило его эффективность и стабильность в течение срока действия препарата.
Дополнительно нами были приведены исследования, связанные с действием раствора, приготовленного в соответствии с прототипом, которые также подтвердили свою эффективность.
Пример 5
Больная К., 41 год. Диагноз - «OD-кератит» (воспаление роговицы правого глаза). Проходила в течение недели курс местными офтальмологическими капельными препаратами, представляющими из себя антибиотики широкого спектра действия и противовирусные вещества. Динамика - отрицательная. Несмотря на курс терапии, нарастали боль, чувство инородного тела, воспаление, а также отделяемое слизистого характера.
Затем к лечению больной были подключены антибиотики широкого спектра действия системного характера в виде внутримышечных инъекций. Положительной динамики при этом не наблюдалось.
Тогда больной на сутки отменили местные офтальмологические препараты и применили закапывание раствора коллоидного серебра в консистенции 20 мг/л в количестве 5-6 раз в день по 1 капле. Клинически значимый эффект отмечен сразу после первых суток применения указанного раствора. Резко снизилось количество отделяемого из правого глаза, прошел болевой синдром, значительно уменьшилась инъекция правого глаза (воспаление). Появились признаки эпителизации дефектов роговичной ткани. Еще через три дня больная не отмечала никаких беспокоящих ее проявлений. Явные признаки выздоровления глаза подтверждались при регулярной биомикроскопии - осмотре глазного яблока с помощью микроскопа.
Пример 6
Больная И., 30 лет. Заболела двухсторонним бактериальным конъюнктивитом (обильное гнойное отделение из обоих глаз). В течение 5-ти дней лечилась местно антибиотиком широкого спектра действия европейского производства. Лечение без видимой положительной динамики.
Антибиотик был отменен. Вместо него больной начали закапывать раствор коллоидного серебра в консистенции 40 мг/л по 1 капле три раза в день в оба глаза. После одних суток применения полностью удалось избавиться от гнойного отделяемого. Еще через двое суток закапывания все явления воспаления обоих глаз были окончательно купированы.
Пример 7
Больной С., 47 лет. На правый глаз поставлен диагноз - герпетический кератит. Получал лечение известными зарубежными и отечественными противовирусными офтальмологическими препаратами. В течение 10-ти дней - динамика лечения слабоположительная.
Препараты были отменены. Больному начали закапывание в правый глаз раствор коллоидного серебра в консистенции 25 мг/л по 1 капле 4-5 раз в день. Через 3-4 дня было отмечено полное отсутствие воспалительного вирусного очага на роговице правого глаза. Больной также уверенно отметил отсутствие каких-либо жалоб и качественное улучшение состояния.
Пример 8
Больной С., 55 лет. Диагноз - язва роговицы левого глаза. В лечении левого глаза использован раствор коллоидного серебра концентрацией 30 мг/л сроком изготовления 6 месяцев назад. Несмотря на дату изготовления раствора, он не изменил свой цвет (светло-желтый), не наблюдалось выпадения осадка на дне емкости. При применении данного раствора в виде многократного (5-6 раз в день) закапывания в левый глаз, в течение 5 дней лечения наблюдалась выраженная положительная динамика. Еще через 3 дня было констатировано полное исчезновение язвы роговицы левого глаза и клиническое выздоровление. В данном клиническом примере мы можем утверждать о полном сохранении качества и стабильности данного раствора коллоидного серебра на протяжении 6-ти месяцев и сохраняющихся его клинических свойствах при борьбе с инфекционными агентами.
Достижение функциональных, технических и служебных характеристик приготовленных на описанной установке устойчивых гидрозолей - коллоидных растворов наночастиц в дистиллированной воде с заданными свойствами и параметрами назначения дают основание рекомендовать их в качестве эффективных изделий медицинского назначения.
Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия антисептического препарата медицинского назначения, которые прямо следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для терапевтов различной специализации.
Изготовление антисептического средства в различной концентрации возможно осуществлять серийно на действующем ионно-плазменном оборудовании, с последующим применением технологии для экстракции твердой фазы коллоидного раствора в примыкающее вязкотекучее вещество.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.