НАНОКОНТЕЙНЕР С ТОРЦЕВОЙ ЗАГЛУШКОЙ

Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулоне наноконтейнера с торцевой заглушкой с возможностью их последующего постепенного высвобождения из устройства в окружающую внешнюю среду.
-7
-5
-8
-7
-7
-7
2
2
3
Из уровня техники известен наноконтейнер [1], который используется для размещения в нем определенных составов. Эти составы предназначаются для ухода за коже и представляют собой как ординарные витамины, так и витаминные комплексы в виде соответствующих водных растворов. Рассматриваемый наноконтейнер выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nanotube) длиной от 1×10 до 4×10 метра, снабженного внешним диаметром (поверхность которого состоит из Si0) трубочки (tubule) образующего наноконтейнер рулона, в интервале значений от 1×10 до 5×10 метра. При этом диаметр канала упомянутого рулона (поверхность которого представляет собой уже AlO) не превышает величины 2×10 метра и, в основном, составляет размер порядка 4×10 метра.
Недостатком аналога является небольшое (не превышающее 16 часов) время высвобождения (release) упомянутого состава из канала рулона данного наноконтейнера в окружающую его внешнюю среду.
-9
-9
-8
-6
-9
-7
2
2
3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является наноконтейнер [2], который выполнен в виде трубчатого многослойного рулона (трубчатой многослойной оболочки) так, что расстояние между слоями лежит в пределах от 0,18×10 до 2,5×10 метра, причем поверхность упомянутого рулона образована Si0, а поверхность его канала - из AlO. Длина наноконтейнера-прототипа лежит в пределах от 6×10 до 9×10 метра, а диаметр канала (внутренней части трубчатой многослойной оболочки) соответствует интервалу в пределах от 5×10 до 2,1×10 метра. Рассматриваемый наноконтейнер-прототип характеризуется числом слоев, находящимся в границах значений от 2 до 50. Недостаток наноконтейнера-прототипа состоит в относительно малом (не превышающем 194 часов) времени высвобождения в окружающую внешнюю среду контейнированного в нем материала.
Задачей, на решение которой направлено создание настоящего устройства, является разработка перспективного средства для контейнирования микроскопических доз материалов, обладающего возможностью к его последующему постепенному высвобождению в окружающую внешнюю среду.
Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в пролонгации времени высвобождения контейнированного в нем материала в окружающую внешнюю среду.
2
2
3
-9
-9
-8
-6
-9
-7
Заявленный технический результат достигается тем, что наноконтейнер с торцевой заглушкой выполнен в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из Si0, а поверхность канала представляет собой AlO, при этом расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,18×10 до 2,5×10 метра, длина рулона располагается в диапазоне от 6×10 до 9×10 метра, диаметр канала находится в интервале от 5×10 до 2,1×10 метра, а число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона 2-50, причем канал упомянутого рулона вблизи одного из своих торцов снабжен пробкой.
Полезная модель иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 условно представлен внешний вид наноконтейнера до размещения в нем торцевой заглушки; на Фиг.2 условно представлен внешний вид наноконтейнера с торцевой заглушкой; на Фиг.3 изображено схематичное сечение наноконтейнера с торцевой заглушкой; на Фиг.4 схематично представлен один из возможных вариантов применения заявленного устройства.
Перечень позиций.
1. Рулон (трубчатая многослойная оболочка).
11. Канал рулона.
12. Расстояние между слоями рулона.
13. Диаметр канала рулона.
14. Диаметр рулона.
15. Длина рулона.
2. Заглушка.
3. Контейнированный материал.
4. Направление высвобождения контейнированного материала.
5. Внешняя среда.
-9
-9
-9
-7
-8
-6
Трубчатая многослойная оболочка (рулон) заявленного устройство 1(Фиг.1-Фиг.4), как и наноконтейнер-прототип, производится из минерального глинистого сырья (halloysite) путем первоначального грубого дробления галлаузита на куски, его дальнейшего размалывания в тонкий помол и последующей промывки каналов рулонов 11(Фиг.1) в протоке жидкости, например, воды (см. [3] и [4]). Используя методы и приемы, известные из работы [5], приготавливали навески, затем осуществляя их сортировку по геометрическим характеристикам. В качестве сортировочных параметров использовали расстояние (от 0,18×10 до 2,5×10 метра) между слоями рулона 12(Фиг.1), диаметр (от 5×10 до 2,1×10 метра) канала рулона 13(Фиг.3), диаметр рулона 14(Фиг.3) и длину (от 6×10 до 9×10 метра) рулона 15(Фиг.3), а также число слоев (интервал значений составлял от 2 до 50 слоев) трубчатой многослойной оболочки рулона. В качестве заглушки 2(Фиг.2-Фиг.4) применяли фуллерены, которые в растворе при помощи ультразвукового воздействия на резонансной частоте [6] размещали в канале рулона у торца 2(Фиг.2).
Пример №1
-3
-8
-9
-9
Для первого примера было использовано 1×10 Кг наноконтейнеров с торцевой заглушкой из фуллерена, длина рулона которого составляла 6×10 метра, расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 2,5×10 метра и диаметром канала рулона был 5×10 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1(Фиг.1-Фиг.4) наноконтейнера была образованы 26 слоями. В качестве контейнированного материала 3(Фиг.4), заполняющего внутреннюю часть трубчатой многослойной оболочки рулона 1(Фиг.1-Фиг.4) наноконтейнера с торцевой заглушкой, использовали материал 3(Фиг.4) benzotriazole (представляющий собой функционально антикоррозионный ингибитор).
-3
В 5 мл 2% раствора benzotriazole в ацетоне, который находился в стеклянной конусообразной колбе при температуре 20°С и нормальном давлении, добавлялось 1×10 Кг наноконтейнеров с торцевой заглушкой. Общее количество контейнированного материала 3(Фиг.4) benzotriazole, заполнившего каналы рулона 11(Фиг.1) вышеуказанное количество наноконтейнеров с торцевой заглушкой, составляло 5% вес. При помещении заполненных benzotriazole наноконтейнеров с торцевой заглушкой в воду (с рН7), происходит постепенное высвобождение benzotriazole по направлению 4(Фиг.4) из наноконтейнеров с торцевой заглушкой во внешнюю среду 5(Фиг.4). Контроль динамики возрастания концентрации benzotriazole во внешней среде 5(Фиг.4), представляющей собой упомянутую воду, велся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.
Результаты сравнительного с устройством-прототипом измерения динамики выделения вещества benzotriazole из наноконтейнеров с торцевой заглушкой в окружающий их внешнюю среду 5(Фиг.1) приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Количество освобожденного в воду benzotriazole, (%)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время освобождения benzotriazole (часы) из устройства-прототипа
0,5
1,1
3,0
7,3
14,7
27,4
44,7
68,2
89,5
Не осуществимо
Время освобождения benzotriazole (часы) из наноконтейнера с торцевой заглушкой
1,1
2,3
2,1
15
28
54
89,3
135
178,2
Не осуществимо
Пример №2
-3
-7
-9
-7
Для второго примера использования заявленного устройства было использовано 0,5×10 Кг наноконтейнеров с торцевой заглушкой, у которых длина рулона 1(Фиг.1-Фиг.4) была 8×10 метра, расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) была 0,18×10 метра и диаметром канала рулона 13(Фиг.3) равнялся 2,1×10 метрам. Трубчатая оболочка каждого рулона 1(Фиг.1-Фиг.4) была образована 50 слоями. В качестве материала, заполняющего канал рулона 11(Фиг.1), использовался инсулин (представляющего собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).
-3
В 2 мл 1% раствора инсулина в воде (с рН6,5), который находится в стеклянной конусообразной колбе при температуре 20°С, добавлялось 0,5×10 Кг наноконтейнеров с торцевой заглушкой. Общее количество инсулина, заполнявшего рулоны 2(Фиг.2) добавленных в раствор наноконтейнеров с торцевой заглушкой, составляло 2% вес.
При помещении наноконтейнеров с торцевой заглушкой, содержащих контейнированный материал 3(Фиг.4) инсулин, в текучую внешнюю среду 5(Фиг.4), представляющую собой воду с рН 6,5, происходило постепенное высвобождение инсулина в нее 5(Фиг.4) через свободный от пробки торец рулона 1(фиг.4) по направлению соответствующему позиции 4(Фиг.4). Контроль динамики увеличения концентрации контейнированного материала 3(Фиг.4) в воде осуществлялся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.
Результаты измерения динамики выделения инсулина из наноконтейнеров с торцевой заглушкой в окружающий их растворитель (т.е. воду с рН 6,5) приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Количество освобожденного в воду инсулина, (%)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время освобождения инсулина (часы) из устройства-прототипа
2,0
19
35
44
55
81
116
162
194
Не осуществимо
Время освобождения инсулина (часы) из наноконтейнера с торцевой заглушкой
3,8
35
69
89
107
161
229
320
385
Не осуществимо
Пример №3
-3
-6
-9
-8
Для третьего примера было использовано 0,5×10 Кг наноконтейнеров с торцевой заглушкой, у которых длина рулона 15(Фиг.3) была 9×10 метра, расстояние между слоями рулона 12 (Фиг.1) составляло 1,35×10 метра, а диаметр канала рулона 13(Фиг.1) имел значение 3×10 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1(Фиг.1-Фиг.4) наноконтейнера с торцевой заглушкой была образована 2 слоями.
В качестве контейнированного материала 3(Фиг.4), заполняющего канал рулона 11(Фиг.1), использовали каталазу (которая представляющий собой белок-энзим).
-3
В 2 мл 2% раствора каталазы в воде (с рН 6,5), который находится в стеклянной конусообразной колбе при температуре 20°С, было добавлено 0,5×10 Кг наноконтейнеров с торцевой заглушкой. Общее количество каталазы (контейнированного материала 3(Фиг.4)), заполнившей каналы упомянутых рулонов 11(Фиг.1), составило 4% вес. от их массы. После помещения заполненных контейнированным материалом 3(Фиг.4) рулонов 1(Фиг.1-Фиг.4) во внешнюю среду 5(Фиг.4), представляющую в данном примере использования воду с рН 6,5, происходило постепенное высвобождение каталазы в окружающую рулоны 1(Фиг.4) воду (рассматриваемую как внешнюю среду 5(Фиг.4)) по направлению 4(Фиг.4), из тех торцов наноконтейнеров, которые не были заперты торцевой заглушкой типа 2(Фиг.2). Контроль динамики изменения (в данном случае увеличения) концентрации каталазы в воде выполнялся, как и двух предыдущих примерах, посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (являющегося UV спектрофотометром) с точностью 1%.
Результаты измерения динамики выделения каталазы из наноконтейнеров с торцевой заглушкой в окружающую их внешнюю среду (т.е. воду с рН 6,5) приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Количество освобожденной в воду каталазы, (%)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время освобождения каталазы (часы) из устройства-прототипа
2,5
12,5
25
46
63
98
126
162
Не осуществимо
Время освобождения каталазы (часы) из наноконтейнера с торцевой заглушкой
5,1
24
49
93
127
199
250
323
Не осуществимо
Как видно из Таблиц 1-3, заявленный наноконтейнер с торцевой заглушкой обеспечивает длительность выделения контейнируемого материала в среднем почти в два раза (т.е. около 100%) превышающее время высвобождения во внешнюю среду аналогичного контейнированного материала из устройства-прототипа. Полученные данные дают основание утверждать о достижении предложенным устройством заявленного технического результата.
Источники информации
1. Заявка на изобретение США №2007/0202061, МПК: A61K 8/49, «Cosmetic skincare applications employing mineral-derived tubules for controlled release», опуб. 30.08.2007 г.
2. Полезная модель РФ №71543, МПК: A61K 8/28, «Наноконтейнер», опуб.20.03.2008 г. (прототип)
3. Журнал «Clay Minerals», v.40, р.383-426, статья «Halloysite Clay Minerals», E.Joussein and all., 2005.
4. Журнал «Small (Nano, Micro)», v.1, p.510-513,, статья «Biomimetic Synthesis of Vaterite in the Interior of Clay Nanotubules», D.Shchukin and all., 2005.
5. Изобретение США №7425232, МПК: F17C 11/00, «Hydrogen storage apparatus comprised of halloysite», опуб. 16.09.2008 г.
6. Изобретение РФ №2283273, МПК: C1B 31/02, «Способ получения раствора фуллеренов», опуб. 10.09.2006 г.