НАНОКОНТЕЙНЕР С ДВУМЯ ТОРЦЕВЫМИ ЗАГЛУШКАМИ И ВНУТРЕННЕЙ ПЕРФОРИРОВАННОЙ ЗАГЛУШКОЙ

Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулона наноконтейнера, снабженного двумя торцевыми заглушками и внутренней перфорированной заглушкой, который обеспечивает возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала из канала рулона в окружающую внешнюю среду.
-7
-5
-8
-7
-7
-7
2
2
3
Из уровня техники известен наноконтейнер [1], который предназначается для размещения в нем косметических составов. Эти контейнируемые косметические составы используются для ухода за кожей и представляют собой как ординарные витамины, так и витаминные комплексы в виде соответствующих растворов на водной основе. Упомянутый наноконтейнер выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nanotube) с длиной от 1×10 до 4×10 метра, обладающего внешним диаметром (поверхность которого образована 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 контейнированного состава из канала рулона рассматриваемого 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 представляет собой AlO. Длина наноконтейнера-прототипа лежит в пределах от 6×10 до 9×10 метра, а диаметр канала (т.е. диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки в виде рулона) соответствует интервалу значений в пределах от 5×10 до 2,1×10 метра. Рассматриваемый наноконтейнер-прототип характеризуется определенным числом слоев, находящимся в границах значений от 2 до 50.
Недостаток устройства-прототипа заключается в относительно малом (не превышающем двух сотен часов) времени высвобождения в окружающую его внешнюю среду контейнированного в канале рулона материала.
Задача, на решение которой направлено создание настоящего устройства, состоит в разработке средств для контейнирования микроскопических доз материалов, обладающих способностью обеспечивать постепенное высвобождение в окружающую внешнюю среду контейнируемых материалов.
Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства-наноконтейнера, 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 двумя торцевыми заглушками и внутренней перфорированной заглушкой характеризуется выполнением в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из Si0, а поверхность канала представляет собой АlO, 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 в канале рулона размещена перфорированная пробка, а оба торца рулона снабжены пробками.
Полезная модель иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 схематично представлено продольное сечение рулона наноконтейнера с двумя сплошными пробками, которыми снабжены его торцы; на Фиг.2 схематично представлена объемная структура рулона наноконтейнера с двумя сплошными пробками на торцах канала рулона и перфорированной пробкой, размещенной в самом канале упомянутого рулона; на Фиг.3 изображена условная схема выделения контейнируемого материала в окружающую заявленное устройство внешнюю среду.
Перечень позиций.
1. Рулон (трубчатая оболочка).
11. Канал рулона.
12. Расстояние между слоями рулона.
13. Диаметр канала рулона.
14. Длина рулона.
2. Пробки.
21. Первая сплошная пробка.
22. Вторая сплошная пробка.
23. Перфорированная пробка.
3. Контейнированный материал.
4. Направление выделения контейнированного материала.
5. Окружающая среда.
-9
-9
-9
-7
-8
-6
Рулоны заявленного устройство 1 (Фиг.1-Фиг.3), так же, как и рулоны наноконтейнера-прототипа, производились из минерального глинистого сырья (halloysite) путем первоначального грубого дробления галлуазита на куски, размалывания упомянутых кусков в тонкий помол и последующей промывки тонкого помола в потоке жидкости, например, воды (см. [3] и [4]). Используя методы и приемы, известные из работы [5], приготавливали навески рулонов 1 (Фиг.1-Фиг.3), а затем осуществляя их сортировку по геометрическим параметрам. Сортировочными параметрами служили: 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.1) и длина (от 6×10 до 9×10 метра) рулона 14 (Фиг.1), а также число слоев в рулоне (интервал значений этого параметра находится в интервале значений от 2 до 50) трубчатой многослойной оболочки 1 (Фиг.1-Фиг.3). В качестве первой (Фиг.1-Фиг.2) и второй 22 (Фиг.1-Фиг.2) сплошных пробок могут использоваться, например, частицы карбида бора, частицы молекулярного органозоля кремния [6], кластеры коллоидного золота (Gold Nanoclasters) [7], нанокристаллы диоксида титана, фуллерены [8] и др. наночастицы. В качестве перфорированной пробки 23 (Фиг.2-Фиг.3) использовали углеродную нанотрубку (далее УНТ), производимую, например, по технологии [9].
Пример 1.
-3
-7
-9
-7
В первом примере использовалось 4,3×10 Кг рулонов из галлуазита, причем длина рулона составляла 1×10 метра 14 (Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12 (Фиг.3) равнялось 0,18×10 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) имел значение 3,5×10 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1 (Фиг.1) была образована 50 слоями. В качестве контейнируемого материала 3(Фиг.3), используемого для заполнения канала и полостей рулона, применяли benzotriazole (материал, функционально представляющий собой антикоррозионный ингибитор).
-3
-3
-7
20 мл воды с рН7 при температуре 297 К и атмосферном давлении 101300 Па помещали в ультразвуковую ванну. Относительная влажность воздуха имела значение 71%. Далее в указанную ванну помещали 4,3×10 Кг рулонов 1 (Фиг.1) и 1,0×10 Кг УНТ с внешним диаметром нанотрубки около 3×10 метра.
Затем включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [8]. В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [8], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную.
После 32 минут ультразвукового воздействия (экспериментально установленное время гарантированной введения по меньшей мере одной УНТ в качестве перфорированной пробки 23(Фиг.2) в канал рулона 11(Фиг.1)), рулоны 1(Фиг.2) извлекали из упомянутой ванны и ополаскивали в течение 45 секунд в протоке воды с рН6,8 (расход которой составлял 4,7 л/мин, а температура имела значение 299 К). После ополаскивания рулоны 1 (Фиг.2), в каналы которых были помещены перфорированные пробки 23 (Фиг.2), подвергались вакуумной сушке в течение 10 минут при давлении 150 Па.
-4
-7
Затем в другую ультразвуковую ванну заливали 60 мл 5% раствора benzotriazole в ацетоне (при температуре 297 К, атмосферном давлении 101305 Па и относительной влажности воздуха 71%). Туда же добавлялись подвергшиеся описанной выше обработке рулоны. После этого в смесь вводили 2,5×10 Кг фуллеренов с габаритами около 3,4×10 метра. Затем снова включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [8]. В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [8], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 45 минут ультразвуковой обработки на выявленной резонансной частоте, (экспериментально выявленное время гарантированной закупорки фуллеренами обоих торцов рулона 1 (Фиг.1), содержащего контейнированный материал 3 (Фиг.3) в виде 5% раствора benzotriazole в ацетоне), наноконтейнеры, оснащенные первой 21 (Фиг.2) и второй 22 (Фиг.2) сплошными пробками, извлекали и ополаскивали в течение 30 секунд в протоке воды с pH6,8 (расход которой составлял 3,2 л/мин, а температура имела значение 293 К).
После завершения данной обработки рулоны 1 (Фиг.3) помещали в емкость с водой (pH7), температуру которой поддерживали около 291 К. Измеренное на момент помещение рулонов 1 (Фиг.3) в окружающую среду 5 (Фиг.1) атмосферное давление составляло 101287 Па. В данной емкости с водой происходило постепенное высвобождение контейнированного материала 3 (Фиг.3) в окружающую среду 5 (Фиг.3) по направлению 4 (Фиг.3).
Контроль динамики изменения концентрации benzotriazole во внешней среде, представляющей собой нагретую до 291 К воду производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, который обладает точностью измерения 0,1%.
Результаты сопоставительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения benzotriazole из предлагаемого наноконтейнера в окружающую его воду приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Временные точки контроля (час.)
15
20
25
50
75
100
5000
12000
19000
Количество освобожденного benzotriazole (%) из устройства-прототипа
49
56
63
74
85
95,1
---
Количество освобожденного benzotriazole {%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и внутренней перфорированной заглушкой
---
0,3
51
94,9
Как следует из Таблицы 1, предложенное устройство обеспечивает относительно устройства-прототипа большое увеличение времени выделения в окружающую среду контейнированного в нем материала.
Пример 2.
-3
-8
-9
-9
Во втором примере использовалось 4×10 Кг рулонов из галлуазита, причем длина рулона составляла 6×10 метра 14 (Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12 (Фиг.3) равнялось 2,5×10 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) имел значение 5×10 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1 (Фиг.1) была образована 14 слоями. В качестве контейнируемого материала 3 (Фиг.3), используемого для заполнения канала и полостей рулона, применяли инсулин (представляющий собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).
22 мл воды с рН6,8 при температуре 298 К и атмосферном давлении 101325 Па помещали в ультразвуковую ванну. Относительная влажность воздуха имела значение 69%.
-3
-3
-9
Далее в указанную ванну засыпали 4×10 Кг рулонов 1 (Фиг.1) и 1,5×10 Кг УНТ с внешним диаметром углеродной нанотрубки около 4,4×10 метра.
Включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [8]. В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [8], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную.
После 33 минут ультразвукового воздействия (экспериментально установленное время гарантированной введения по меньшей мере одной УНТ в качестве перфорированной пробки 23 (Фиг.2) в канал рулона 11 (Фиг.1)), рулоны 1 (Фиг.2) извлекали из упомянутой ванны и ополаскивали в течение 43 секунд в протоке воды с pH7 (расход которой составлял 3,5 л/мин, а температура имела значение 293 К. После ополаскивания рулоны 1 (Фиг.2), в каналы которых были помещены перфорированные пробки 23 (Фиг.2), подвергались вакуумной сушке в течение 11 минут при давлении 175 Па.
-4
-9
Затем в другую ультразвуковую ванну при температуре 297 К, атмосферном давлении 101305 Па и относительной влажности воздуха 68% заливали 55 мл 35% раствор инсулина в воде (имеющей рН7). Туда же добавлялись подвергшиеся описанной выше обработке рулоны. После этого в смесь вводили 2,7×10 Кг фуллеренов с диаметром около 4,8×10 метра. Затем снова включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [8]. В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [8], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 44 минут ультразвуковой обработки смеси на выявленной резонансной частоте, (экспериментально установленное время гарантированной закупорки фуллеренами обоих торцов рулона 1 (Фиг.1), содержащего контейнированный материал 3 (Фиг.3) в виде раствора инсулина в воде), наноконтейнеры, оснащенные первой 21 (Фиг.2) и второй 22 (Фиг.2) сплошными пробками, извлекали и ополаскивали в течение 35 секунд в протоке воды с рН7 (расход которой составлял 3,3 л/мин, а температура имела значение 295 К).
После завершения данной обработки рулоны 1 (Фиг.3) помещали в емкость с водой (рН7), температуру которой поддерживали около 300 К. Измеренное на момент помещение рулонов 1 (Фиг.3) в окружающую среду 5 (Фиг.1) атмосферное давление составляло 101336 Па. В данной емкости с водой происходило постепенное высвобождение контейнированного материала 3 (Фиг.3) в окружающую среду 5 (Фиг.3) по направлению 4 (Фиг.3).
Контроль динамики изменения концентрации инсулина во внешней среде, представляющей собой нагретую до 300 К воду производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, который обладает точностью измерения 0,1%. Результаты сопоставительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения инсулина из предлагаемого наноконтейнера в окружающую его среду приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Временные точки контроля (час.)
50
75
100
138
5000
2000
10000
20000
Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа
32
35
48
96
---
Количество освобожденного инсулина (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и внутренней перфорированной заглушкой
---
0,2
56
96,1
Как следует из Таблицы 2, предложенное устройство обеспечивает относительно устройства-прототипа огромное увеличение времени выделения в окружающую среду контейнированного в нем материала.
Пример 3.
-3
-6
-9
-7
В третьем примере использовалось 2,7×10 Кг рулонов из галлуазита, причем длина рулона составляла 9×10 метра 14 (Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12 (Фиг.3) равнялось 1,1×10 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) имел значение 2,1x10 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1 (Фиг.1) была образована 2 слоями. В качестве контейнируемого материала 3 (Фиг.3), используемого для заполнения канала и полостей рулона, применяли nifedipine (медицинский препарат для лечения приступов стенокардии, т.е. 2,6-Диметил-4-(2'-нитрофенил)-1,4-дигидропиридин-3,5-дикарбоновой кислоты). 25 мл воды с рН6,9 при температуре 290 К и атмосферном давлении 101360 Па помещали в ультразвуковую ванну. Относительная влажность воздуха имела значение 70%.
-3
-3
-7
Далее в указанную ванну засыпали 2,7×10 Кг рулонов 1 (Фиг.1) и 1,3×10 Кг УНТ с внешним диаметром нанотрубки около 1,8×10 метра.
Включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [8]. В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [8], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную.
После 34 минут ультразвукового воздействия (экспериментально установленное время гарантированной введения по меньшей мере одной УНТ в качестве перфорированной пробки 23 (Фиг.2) в канал рулона 11 (Фиг.1)), рулоны 1 (Фиг.2) извлекали из упомянутой ванны и ополаскивали в течение 45 секунд в протоке воды с pH7 (расход которой составлял 3,0 л/мин, а температура имела значение 295 К). После ополаскивания рулоны 1 (Фиг.2), в каналы которых были помещены перфорированные пробки 23 (Фиг.2), подвергались вакуумной сушке в течение 10 минут при давлении 160 Па.
-4
-7
Затем в другую ультразвуковую ванну при температуре 292 К, атмосферном давлении 101295 Па и относительной влажности воздуха 70% заливали 65 мл nifedipine. Туда же добавлялись подвергшиеся описанной выше обработке рулоны. После этого в смесь вводили 2,2×10 Кг фуллеренов с диаметром около 2,0×10 метра. Затем снова включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [8]. В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [8], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 45 минут ультразвуковой обработки смеси на выявленной резонансной частоте, (экспериментально установленное время гарантированной закупорки фуллеренами обоих торцов рулона 1 (Фиг.1), содержащего контейнированный материал 3 (Фиг.3) в виде nifedipine), наноконтейнеры, оснащенные первой 21 (Фиг.2) и второй 22 (Фиг.2) сплошными пробками, извлекали и ополаскивали в течение 40 секунд в протоке воды с рН6,8 (расход которой составлял 4,0 л/мин, а температура имела значение 290 К).
После завершения данной обработки рулоны 1 (Фиг.3) помещали в емкость с водой (pH6,9), температуру которой поддерживали около 298 К. Измеренное на момент помещение рулонов 1 (Фиг.3) в окружающую среду 5 (Фиг.1) атмосферное давление составляло 101295 Па. В упомянутой выше емкости с водой происходило постепенное высвобождение контейнированного материала (в данном случае nifedipine) 3 (Фиг.3) в окружающую среду 5 (Фиг.3) по направлению 4 (Фиг.3).
Контроль динамики изменения концентрации nifedipine во внешней среде, представляющей собой нагретую до 298 К воду производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, который обладает точностью измерения 0,1%.
Результаты сопоставительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения nifedipine из предлагаемого наноконтейнера в окружающую его воду приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Временные точки контроля (час.)
50
75
100
138
5000
2000
10000
20000
Количество освобожденного nifedipine (%) из устройства-прототипа
32
35
48
96
---
Количество освобожденного nifedipine (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и внутренней перфорированной заглушкой
---
0,2
56
96,1
Как следует из Таблицы 3, предложенное устройство обеспечивает относительно устройства-прототипа большое увеличение времени выделения в окружающую среду контейнированного в нем материала.
Таким образом, полученные экспериментально данные дают основание утверждать о достижении при использовании предложенного устройства 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. Патент BY №9777, МПК: C1B 33/00, «Способ получения молекулярных органозолей кремнезема», опуб. 30.06.2005 г.
7. Заявка на изобретение США №2009/0092836, МПК: B32B 5/16 «Gold nanoparticle-halloysite nanotube and methode of forming the same», опуб. 09.04.2009 г.
8. Изобретение РФ №227784, МПК: C1B 31/02, «Способ экстракции фуллеренов», опуб. 27.03.2006 г.
9. Изобретение РФ №2135409, МПК: C01B 31/02, «Способ получения графитовых нанотрубок», опуб. 27.08.1999 г.