КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИМИКРОБНОГО ПОКРЫТИЯ
COMPOSITION FOR PREPARING ANTIMICROBIAL COATING

Изобретение относится к медицине, являясь покрытием, позволяющим обеспечить длительную противомикробную защиту пористых поверхностей, например оштукатуренных поверхностей стен и потолков, бетонных поверхностей или поверхностей, выполненных из натурального или искусственного камня, а также металла и пластика, поверхностей, окрашенных водно-эмульсионными или латексными красками, керамических поверхностей и т.п., а также поверхностей, не терпящих контакта с водой, например, из синтетических композиционных материалов (МДФ, ДСтП), древесных материалов, поверхностей, окрашенных мелом, известью или подобными материалами.
Известны антимикробные органорастворимые покрытия, получаемые применением пленкообразующих антимикробных средств, например, в виде лака "Септопаг" (ТУ 9392-028-41547288-2004 "Средство антимикробное для поверхностей СЕПТОПАГ"), содержащие в качестве активного компонента добавку полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (ПГМГ), который совместим с другими компонентами лакокрасочной композиции - хлорсульфированный полиэтилен и сольвент нефтяной (нефрас А) или в виде лакокрасочного покрытия, например антимикробная краска "БИОКРАПАГ-2" (ТУ 2312-002-41547288-1999 "Эмали пентафталевые "БИОКРАПАГ-2") с тем же активным компонентом на основе пентафталевой эмали ПФ-115.
Известные составы обладают широким спектром бактерицидной и фунгицидной активности и могут быть использованы для обработки различных поверхностей в качестве грунтовки или финишного покрытия. При введении солей ПГМГ в лакокрасочные композиции (ЛКМ) возникает проблема их совместимости с различными ЛКМ, основами красок и пленкообразователями, поскольку эти соли растворяются в воде и в низших спиртах, но не растворяются в органических растворителях, используемых в рецептурах ЛКМ, что ограничивает возможность их использования в органоразбавляемых ЛКМ. Более того, ПГМГ представляет собой умеренно токсичное вещество (3 класс опасности), проявляет общетоксическое и раздражающее действие, выраженность которых прямо зависит от уровня и продолжительности воздействия (Автореферат диссертации Муратовой Н.В. на соискание степени кандидата медицинских наук «Токсиколого-гигиенические аспекты действия полигексаметиленгуанидин гидрохлорида - нового препарата полигуанидинового ряда». -Иркутск, 1994). В научных кругах до настоящего времени ведутся споры о токсичности указанного препарата, в том числе его способности вызывать токсический гепатит.
В связи с этимперспективными направлениями создания бактерицидных составов являются составы на основе четвертичных аммониевых соединений (ЧАС), например, алкилдиметилбензиламмония хлорида, велтаба (клатрата четвертичного аммониевого соединения с карбамидом), хлоргексидина глюконата и других зарекомендовавших себя антисептиков. Вместе с тем, водные или спиртовые растворы указанных антисептиков не проявляют пролонгированного действия. Для увеличения срока действия бактерицидных препаратов в составы вводят наноразмерные частицы диаметром порядка нескольких нанометров (1 нм = 10-9 м) неорганического сорбента для встраивания активного компонента в его структуру с последующим высвобождением в процессе эксплуатации или введение наноразмерых частиц металла, обладающего биоцидными свойствами, или введение химически модифицированных органических связующих.
-5
Так, например, известен состав для дезинфекции твердой поверхности, представляющий собой водную коллоидную дисперсию, который содержит неорганический сорбент для встраивания активного компонента - наночастицы диоксида кремния с размером от 1 до 100 нм, в качестве активного компонента содержит по крайней мере один биоцид на основе четвертичного аммония, при соотношении диоксид кремния к четвертичному аммонию от 5×10:1 к 1,1, а также смешивающиеся с водой органические растворители, в качестве которых используют спирты, диолы, гликоли, эфиры гликоля, алкилен гликолевые эфиры и их смеси в количестве от 0,1 до 5 мас % (патент US №2006/0269441, МПК A61L 2/18, 2006). Состав распыляется на поверхность или им пропитываются нетканые салфетки из различных волокон. Использование известного состава позволяет осуществить дезинфекцию путем обработки поверхности водным раствором коллоидной дисперсии, которая образует тонкую пленку. Однако в отсутствие пленкообразующего вещества при контакте с водой активность известного состава утрачивается, а следовательно, не обеспечивается эффективное пролонгированное антисептическое действие. Более того, он не предназначен для обработки поверхностей, не терпящих контакта с водой.
Известен состав биоцидной композиции, состоящей, %: композита, представляющего собой продукт взаимодействия 10-15 мас.ч. катионного водорастворимого полимера и 1-5 мас.ч. наночастиц по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы, включающей оксид цинка, оксид циркония, оксид церия, оксид титана 30-50, стабилизатор наночастиц, выбранный из группы, включающей алкоксиалкилзамещенный силан, алкилендиамин, катионное поверхностно-активное вещество, нейтральное поверхностно-активное вещество 0,5-5 и воды 49,5-69,5 (патент RU №2398804, 2010).
Известная композиция обладает недостаточными биоцидными свойствами, особенно в отношении Staphylococcus aureus, что ограничивает ее применение в детских и медицинских учреждениях.
8
16
Известен состав пленочного антисептического защитного покрытия для неорганических материалов и синтетических полимеров, состоящий из смеси полимерного комплекса диметилалкилбензиламмонийхлорида, содержащего алкильную группу от C до C, с сополимером стирола с малеиновым ангидридом, который был предварительно подвергнут химической модификации для раскрытия ангидридных циклов с образованием карбоксилатных групп, с поливинилбутиралем при их соотношениях, мас.%: антисептический полимер 25-50; поливинилбутираль 50-75 (Патент RU №2445980, МПК A61L 101/46, A61L 2/16, 2012).
Известный состав обеспечивает возможность получения антисептического пленочного покрытия пролонгированного действия, где в качестве активного компонента использована четвертичная аммонийная соль - катамин АБ. Получаемое покрытие обладает водостойкостью, т.е. не может быть смыто водой. Вместе с тем, изготовление известного состава требует применения токсичных органических растворителей, т.е. эксплуатация покрытий, содержащих значительное количество пленкообразующего, сопровождается испарением в атмосферу растворителя и продуктов деструкции полистирола. Более того, его замена и удаление также требует значительного количества токсичных растворителей, что ограничивает применение известных составов в медицинских и детских учреждениях, в ветеринарных учреждениях. При этом известный состав может быть использован для обработки металлов, керамики и материалов из синтетических полимеров и не предназначен для обработки пористых поверхностей (затирочных швов, оштукатуренных, бетонных и цементных поверхностей и т.п.).
3
2
6
5
Наиболее близким к предлагаемому является состав для биоцидных покрытий, содержащий связующую основу в виде лакокрасочного материала или пленкообразующего, добавку биоцидного действия с наноструктурным размером частиц, в качестве которой используют 0,5-10 мас.% промодифицированного бентонита в форме монтмориллонита с размером наночастиц 2-500 нм, в котором ионы щелочных металлов при модификации бентонита раствором катамина АБ ионы щелочных металлов замещены на катионы последнего [CnH 2n+1N+(CH) 2CHCH], где n=10-18 и 0,001-0,5 мас.% капсаицина (патент RU №2338765, 2008). В качестве лакокрасочного материала используют органоразбавляемые стирольные, алкидные, эпоксидные, пентафталевые основы или водно-эмульсионные основы или пленкообразующие материалы - олифа.
Известные составы сложны в приготовлении, содержат дорогостоящий капсаицин, который при контакте с кожными покровами может оказывать раздражающее действие.
Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала водостойких противомикробных средств пролонгированного действия с повышенной эффективностью, обладающих экологической безопасностью и обеспечивающих возможность использования для обработки предпочтительно пористых поверхностей в закрытых помещениях, предназначенных для оказания медицинской помощи, в детских учреждениях, в жилых помещениях, помещениях для содержания и лечения животных и в иных помещениях.
Технический результат - обеспечение водостойкости антимикробного покрытия пролонгированного действия, обеспечение экологической безопасности и возможности использования для обработки пористых поверхностей.
Поставленная задача решается тем, что предлагается композиция для получения антимикробного покрытия, включающая наноразмерные частицы неорганического вещества, активное вещество, связующее и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве неорганического вещества содержит диоксид кремния, в качестве активного вещества содержит смесь четвертичного аммонийного соединения и хлоргексидина, в качестве растворителя содержит смесь этилцеллозольв и бутилцеллозолв, а в качестве связующего содержит смесь смолы полиметилфенилсилоксановой и сополимера бутилметакрилата и метилметакрилата при следующем соотношении компонентов, масс.%:
сополимер бутилметакрилата и метилметакрилата
1,70-10,0
смола полиметилфенилсилоксановая
5,0-20,0
диоксид кремния
0,5-3,0
хлоргексидин (водный 20%)
3,0-8,0
четвертичное аммонийное соединение
0,5-3,0
этилцеллозольв
20,0-50,0
бутилцеллозолв
до 100
В качестве порошка диоксида кремния может быть использован АЭРОСИЛ, выпускаемый в промышленных масштабах по ГОСТ 14922-77, например марок А-150, А-200, А-300 (не модифицированный) или R805, R972 (гидрофобный), которые имеют размеры частиц от 5 нм до 40 нм (наночастицы).
В качестве растворителей используют этилцеллозольв по ГОСТ 8313-88, представляющий собой моноэтиловый эфир этиленгликоля, и бутилцеллозолв, выпускаемый по ТУ 6-01-646-84.
В качестве связующего используют сополимер бутилметакрилата и метилметакрилата, выпускаемого в промышленном масштабе, например, под торговой маркой NeoCryl В-725, и смолу полиметилфенилсилоксановую, выпускаемую в промышленном масштабе, например по ТУ 2228-277-05763441-99, известную также как Лак ПМФС. В качестве смеси указанных связующих может быть использована готовая смесь, выпускаемая в промышленном масштабе под маркой Лак КО-085 по ТУ 6-02-753-78.
В качестве активного компонента используют хлоргексидин 1,6-Ди- (пара-хлорфенилгуанидо)-гексан. Выпускается в виде биглюконата (Chlorhexidini bigluconas), -20% водный раствор. Показан местно и наружно в качестве антисептика в виде водных или водно-спиртовых растворов, в том числе для лечения слизистых тканей.
В качестве активного компонента используют четвертичное аммонийное соединение (ЧАС) общей формулы:
1
2
3
где R, R, R, R - органические заместители:
10
18
метил-; бензил- или алкил С-С;
X - хлорид или бромид
или общей формулы:
1
2
3
где R, R, R, R - органические заместители:
10
18
метил-; бензил- или алкил С-С;
X - хлорид или бромид;
в виде клатрата с карбамидом.
14
18
10
12
12
14
12
14
12
14
В качестве вышеуказанных ЧАС могут быть использованы, например, диалкилдиметиламмоний бромид, С-C, диалкилдиметиламмоний бромид, С-С клатрат с мочевиной, алкилбензитриметиламмоний хлорид, С-С, алкилтриметиламмоний, С-С хлорид, алкилтриметиламмоний, С-С бромид или их комбинация или иные аналогичные соединения, например Велтаб, представляющий собой ЧАС-клатрат четвертичного аммониевого соединения с карбамидом, выпускаемого в промышленном масштабе ЗАО «ВЕЛТ» (Россия), или его аналоги, содержащие ЧАС-Велтогран, Асенол ликид, Лактасепт, МДС-2.
Заявляемую композицию получают следующим образом. Примерно половину заявленного количества смеси растворителей смешивают с заявленным количеством активного компонента, в качестве которого используют смесь ЧАС и хлоргексидина в присутствии порошка диоксида кремния, в качестве которого используют Аэросил. Смешение суспензии ведут преимущественно с использованием ультразвукового воздействия, которое может быть осуществлено, например, ультразвуковым прибором марки УЗДТ-125 в штатном режиме в течение предпочтительно 15-20 минут при температуре рабочего помещения. Вторую половину смеси растворителей смешивают со смесью связующих, полученную смесь добавляют в суспензию диоксида кремния и подвергают гомогенизации ультразвуковым воздействием в течение 5-7 минут. Полученный состав используют для обработки стен, потолков, затирочных швов и т.п. поверхностей путем распыления или нанесением кистью или любым другим известным способом. Нанесение заявляемого состава осуществляют однократно сплошным слоем на подготовленную сухую поверхность при температуре не ниже +5 С и не выше +35 С при относительной влажности воздуха не более 75%.
2
2
Нанесение проводят с помощью штатного аэрозольного баллона, специального распылительного оборудования согласно паспортным данным и инструкциям по их применению (норма расхода 45 г/м), мягкой плоской кистью или валиком (норма расхода 50 г/м). При выполнении работ по нанесению заявляемого состава реальный расход зависит от квалификации персонала, методов нанесения, используемого оборудования, состояния и типа поверхности и иных условий, и может отклоняться от нормы на 10-50%.
Время высыхания покрытия зависит от следующих факторов: температуры, относительной влажности воздуха, вентиляции. Высокая влажность воздуха, низкая температура, слабая вентиляция замедляют процесс сушки и могут затруднить сцепление покрытия с подложкой. Поэтому необходимо обеспечить наиболее благоприятные условия для нанесения покрытия. При обеспечении необходимых условий время высыхания составляет 3 часа.
Сушка покрытия осуществляется в естественных условиях. При температуре окружающей среды (25±5)°C и относительной влажности воздуха 75%. Покрытие быстро высыхает, образуя прозрачную тонкую пленку.
По истечении установленного времени для высыхания, смывание заявляемого состава при влажной обработке не происходит.
Полные эксплуатационные свойства поверхность, покрытая заявляемым составом, приобретает по истечении 3 суток.
Контроль формирования покрытия осуществляют визуально при естественном или искусственном дневном рассеянном свете. Покрытие должно быть сплошным, прозрачным, однородным, ровным, без трещин, вздутий.
Сравнение заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
В науке и технике известно использование ЧАС и их комбинации в качестве дезинфицирующего средства с достижением бактерицидной (в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий), фунгицидной и вирулицидной активностью. Известно также использование хлоргексидина в качестве бактерицидного средства. Использование смеси ЧАС и хлоргексидина в заявляемом составе позволяет повысить антимикробную активность нового препарата и обеспечить пролонгированное его действие при обработке твердых, предпочтительно пористых, поверхностей древесины, цементных швов, оштукатуренных поверхностей и т.п.
Новый технический результат может быть объяснен тем, что при смешении наночастиц оксида кремния в условиях ультразвукового воздействия (соникирования), гидрофильные частицы оксида кремния создают устойчивую коллоидную систему, в которой частицы диоксида кремния не подвержены агломерации, т.е. каждая частица становится доступной для последующего взаимодействия с ЧАС и хлоргексидином. Ультразвуковое воздействие на смесь диоксид кремния - смесь ЧАС с хлоргексидином приводит к тому, что при сорбционном и электростатическом взаимодействии положительно заряженных частиц ЧАС с отрицательно заряженными наночастицами диоксида кремния образуется устойчивый комплекс, антимикробная активность которого оказалась выше, чем активность чистого ЧАС. При этом активность состава, получаемого заявляемым способом, сохраняется в течение длительного времени, т.к. используемое связующее обеспечивает равномерное высвобождение активного компонента, не блокирует его действие, т.е. обеспечивает пролонгированное действие покрытия, образующегося при высыхании состава на обрабатываемой поверхности. Используемый растворитель обеспечивает устойчивость заявляемого состава к расслаиванию в течение 12 месяцев, препятствуя кристаллизации активного компонента, т.е. в течение длительного времени сохраняются исходные свойства состава. Более того, именно заявляемая смесь растворителей в указанном интервальном значении обеспечивает проявление синергетического эффекта от использования смеси активных компонентов, сорбированных на наночастицах диоксида кремния.
Заявленный технический результат явным образом не следует из известных в науке и технике знаний, т.е. является неочевидным. Следовательно, имеются основания для вывода о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый состав может быть изготовлен с использованием известных в науке и технике веществ и оборудования, т.е. заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемый состав иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1 (по изобретению)
В емкость заливают половину требуемого количества смеси этилцеллозольв и бутилцеллозолв требуемые количества хлоргексидина в виде 20%-ного водного раствора и ЧАС, в качестве которого берут Велтаб, и порошок Аэросила А-150, смешивают друг с другом в условиях ультразвукового воздействия УЗДП-125 мощностью 100 Вт в течение 15 минут при температуре рабочего помещения, получая суспензию нанокомпозита. В другой емкости смешивают вторую половину требуемого количества смеси этилцеллозольв и бутилцеллозольв с требуемыми количествами сополимера бутилметакрилата и метилметакрилата марки NeoCryl В-725 и смолой полиметилфенилсилоксановой - Лак ПФМС. Полученный раствор связующих добавляют в суспензию нанокомпозита и смешивают их друг с другом в условиях ультразвукового воздействия УЗДП-125 мощностью 100 Вт в течение 5 минут при температуре рабочего помещения с получением заявляемого состава. Указанные компоненты берут при следующем их соотношении, мас.%
сополимер бутилметакрилата и метилметакрилата
1,7
смола полиметилфенилсилоксановая
16,7
этилцеллозольв
30
бутилцеллозолв
42,3
диоксид кремния
1,3
хлоргексидин (водный 20%)
6,7
четвертичное аммонийное соединение
1,3
Оценку эффективности дезинфицирующего антибактериального действия покрытий на основе полученного нанокомпозита проводили в отношении наиболее актуальных возбудителей внутрибольничных инфекций.
Для проведения исследования использованы предметные стекла с нанесенным дезинфицирующим покрытием на основе нанокомпозита, а также растворы, содержащие заявляемую композицию. Исследование дезинфицирующего эффекта проводили с использованием внутрибольничных полирезистентных к антибиотикам штаммов микроорганизмов (Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Acinetobacter spp.) путем нанесения рабочих разведений культур указанных микроорганизмов на поверхности с соответствующими покрытиями.
Приготовление рабочих разведений исследуемых культур. Из суточных культур указанных микроорганизмов, выращенных на скошенном мясопептонном агаре, готовили стоковые разведения, в которых с помощью титрования определяли концентрацию живых клеток. Для определения рабочих концентраций делали посевы по 50 мкл каждого из последовательных десятикратных разведений взвеси микроорганизмов на чашки Петри с питательной средой (Мюллер-Хингтон) и культивировали в течение 24 часов при температуре 37°C, после чего подсчитывали количество образовавшихся колоний в каждой чашке. После определения концентрации микроорганизмов в стоковых разведениях готовили рабочие разведения культур из расчета образования на поверхности агара в чашке Петри при посеве 50 мкл материала 500-1000 колоний.
Исследование антибактериальной активности жидких образцов проводили путем определения остаточной инфекционной активности тестовых культур после экспозиции в растворах, содержащих убывающие концентрации композитов. Результаты оценки бактерицидной активности приведены в таблице 1.
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, покрытия, полученные из заявляемого нанокомпозита, обладают выраженным бактерицидным эффектом в отношении исследуемых штаммов.
Проверку биоцидного действия полученного образца нанокомпозита проводили в соответствии с требованиями «Р 4.2.2643-10. 3.5. Дезинфектология. Методы лабораторных исследований и испытаний дезинфекционных средств для оценки их эффективности и безопасности. Руководство» (утв. Роспотребнадзором 01.06.2010). В качестве тест-культур использовали: Staphylococcus aureus АТСС 6538-Р, Escherichia coli АТСС 25922, Pseudomonas aeruginosa АТСС 9027, Klebsiella pneumoniae ATCC 43816, Enterobacter agglomerans ATCC 13460, Aeromonas hydrophila ATCC 7966, Shigella sonnei ATCC 11060, Chlamydia trachomatis ATCC VR-885.
Плохо растворимый в воде образец нанокомпозита исследовали нанесенными и высушенными на жестких поверхностях (предметные стекла) методом отпечатков на стерильном и нестерильном агаре в чашках Петри при комнатной температуре 25°C и 37°C. Рост микроорганизмов регистрировали через 24 часа.
Как показало исследование, прорастание всех образцов наблюдалось колониями микроорганизмов только при температуре 37°C независимо от стерильности культуральной среды непосредственно вокруг стекла с противомикробным покрытием. С помощью диффузного метода изучали противомикробную активность образца.
Для определения антимикробного действия образца методом диффузии в агар с использованием лунок в 100 мл расплавленной и охлажденной до 60-65°C питательной агаровой среды вносили 0,5 мл взвеси разведенной стандартной суспензии и разливали в чашки Петри по 20 мл. После застывания чашки подсушивали в течение 30 мин и делали на расстоянии 28-30 мм от центра по окружности чашки три лунки диаметром 8 мм (специальным приспособлением). В лунки помещали приготовленные растворы образцов. Рост микроорганизмов оценивали измерением диаметра зон отсутствия роста микроорганизмов в мм. Полученные данные представлены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2 заявляемый состав показывает удовлетворительную антимикробную активность в начальной концентрации (без разведения).
Длительность противомикробной активности образца изучали единовременно четырехкратно методами диско-диффузии и диффузии в агар с использованием лунок в чашках Петри, при неограниченной временной экспозиции. Данные представлены в таблице 3. Как видно из таблицы 3, нерастворимый в воде нанокомпозит по примеру 1 показывает выраженные биоцидные свойства, при этом антимикробные свойства сохраняются достаточно длительное время (до 14 суток) в виде твердого сухого покрытия, что преимущественно отличает данные образцы от известных антимикробных средств (в частности ЧАСов), которые теряют противомикробную активность после высыхания.
Кроме того, для определения длительности и эффективности биоцидного действия заявляемого образца в виде покрытия были проведены полевые испытания. Заявляемый состав наносили распылением из пульверизатора на керамическую плитку общественного туалета с образованием покрытия. Смывы производили (в течение 5 месяцев с равными интервалами в 1 месяц) на транспортные среды для посевов на питательные среды для определения прорастания микроорганизмов и при помощи бакпечатков (HiMedia) для подсчета микробного числа (при условии прорастания сред бакпечатков). Данные по длительности и эффективности биоцидного действия приведены в таблице 4.
В качестве контроля использовали аналогичные поверхности без обработки в месте проведения исследования.
Как видно из таблицы 4, полевые испытания показали биоцидное действие антисептических покрытий образцов по примеру 1, которое сохраняется в течение 4-х месяцев для грибов/дрожжей и более 5 месяцев для бактерий в условиях регулярной влажной уборки обработанных поверхностей.
Пример 2-7 (по изобретению). Образец изготавливали аналогично примеру 1 при соотношении компонентов, масс.%, указанных в таблице А.
Полученные образцы испытывали методами, описанными в примере 1. Полученные свойства составов по примерам 2-7 совпадают со свойствами образца по примеру 1.
2
Составы по изобретению были испытаны для обработки оштукатуренных поверхностей, бетонных поверхностей и цементных швов с затиркой путем нанесения кистью с расходом 1 литр состава по примеру №1 на 20 м поверхности. На обрабатываемой поверхности образуется бесцветная гидрофобная пленка, штукатурка не набухает и не меняет внешнего вида. Не меняет своих эксплуатационных свойств бетонная и цементная поверхности. Условия эксплуатации - ежедневная двухкратная влажная обработка поверхности, покрытой дезинфицирующим покрытием (штукатурка и цементные швы керамической плитки), повышенная влажность бетонной поверхности подвала. Как показали исследования, бактерицидная активность покрытия сохранялась в течение по меньшей мере 3 месяцев.
Составы по изобретению были испытаны для обработки клеток и стойл животных, столов для расфасовки сухих кормов (белковых) в условиях ежедневной двухкратной влажной обработки. Как показали испытания, обработка поверхности заявляемым составом обеспечивает антимикробную защиту по меньшей мере в течение 3-х недель экологически безопасна.
Использование заявляемого состава позволяет получить бактерицидное покрытие в виде лака, которое, помимо пролонгированного дезинфицирующего действия, обеспечивает водостойкость, экологическую безопасность и возможность использования для обработки пористых поверхностей.