Способ контроля роста микроорганизмов и/или биопленок в промышленном процессе
METHOD FOR CONTROL OF GROWTH OF MICROORGANISMS AND/OR BIOFILMS IN INDUSTRIAL PROCESS

Настоящее изобретение относится к способу контроля роста микроорганизмов и/или биопленок в промышленном процессе в соответствии с преамбулой независимого пункта формулы изобретения.
Микроорганизмы присутствуют в большинстве промышленных процессов. Их присутствие особенно значительно в процессах, которые требуют больших затрат воды, таких как производство целлюлозной массы, бумаги, картона и подобных им. Микроорганизмы активно размножаются, когда технологическая вода содержит биоразлагаемые растворенные вещества, а температура и рН технологической воды благоприятны для жизни микроорганизмов. Микроорганизмы могут попасть в процесс путем контаминации из воздуха, входящей неочищенной воды и/или нестерильного сырья. Если не принять контрмеры, микроорганизмы могут привести к значительным проблемам в таком процессе, как производство бумаги. Проблемы, связанные с микроорганизмами, включают в себя, например, разложение химических добавок, вредное изменение рН процесса, образование дурнопахнущих или токсических соединений и/или образование биопленок на поверхностях.
При изготовлении бумаги и картона проблемы могут привести к дефектам продукции, таким как пятна и отверстия в сформированном полотне, или даже к разрывам полотна и остановкам оборудования, например, при образовании осадка слизи. При производстве целлюлозной массы, бумаги или картона неконтролируемый рост микроорганизмов может привести к этим проблемам, поэтому требуется эффективный способ контроля роста микроорганизмов. Следует отметить, что лишь ограниченное число антимикробных агентов способны оказывать сильное биоцидное действие в условиях производства бумаги или картона, таких как высокое содержание материалов из целлюлозного волокна, высокая температура, высокая скорость потока и высокая потребность в окислителях. Более того, в этих процессах постоянно присутствуют микроорганизмы, в основном бактерии, и они могут попасть в середине непрерывного процесса. Из-за условий процесса обычные биоцидные средства, которые используются в целлюлозной, бумажной и картонной промышленности, отличаются от антимикробных агентов, используемых в других отраслях, например таких как пищевая промышленность или сельское хозяйство. Например, в пищевой промышленности стерилизация среды происходит в начале процесса, после чего производство продолжается в стерильных условиях с применением стерильного сырья. Эти условия сильно отличаются от нестерильных условий, превалирующих в открытых процессах производства бумаги или картона. Особенно важным моментом в процессах, в которых применяется сырье из целлюлозного волокна, таких как производство бумаги и картона, является эффективное контролирование образования биопленок на производственных поверхностях. Образование биопленок до настоящего времени представляет собой частую проблему при производстве бумаги и картона, несмотря на регулярное использование распространенных биоцидных веществ в рециркулирующих потоках воды. Существует настоятельная потребность в повышении эффективности контроля образования биопленок в условиях производства целлюлозной массы, бумаги и картона.
Задачей данного изобретения является минимизация или, возможно, даже устранение недостатков, существующих на предшествующем уровне техники.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволяет эффективно контролировать биопленки при низкой дозировке в промышленном производственном процессе, включающем целлюлозный волокнистый материал, например, при производстве целлюлозной массы, бумаги или картона.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволяет эффективно предотвращать, ингибировать и/или уменьшать рост биопленки при низких дозировках в промышленном производственном процессе, включающем целлюлозный волокнистый материал, например, при производстве целлюлозной массы, бумаги или картона.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволяет эффективно контролировать рост микроорганизмов в промышленном производственном процессе, включающем целлюлозный волокнистый материал, например, при производстве целлюлозной массы, бумаги или картона.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание простого и эффективного способа контроля образования биопленки в условиях производства при высоких температурах, особенно в условиях процесса, использующего водную среду, с высоким содержанием целлюлозного волокна и/или, по меньшей мере при локальных высоких силах сдвига и/или высоких скоростях потока.
Эти задачи достигаются с помощью изобретения, имеющего характеристики, представленные ниже в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Варианты осуществления, упомянутые в этом тексте, относятся, где это применимо, ко всем аспектам изобретения, даже если это не всегда отдельно упоминается.
В типичном способе, в соответствии с настоящим изобретением, для контроля биопленки и/или для удаления образовавшейся биопленки и/или для контроля роста микроорганизмов, предпочтительно бактерий, в водной среде промышленного производственного процесса, включающего материал из целлюлозных волокон, производится введение в водную среду процесса композиции, содержащей соединение, выбранное из группы, состоящей из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила и 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида.
Теперь было обнаружено, что соединения, выбранные из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, являются высокоэффективными для контроля образования биопленки и/или роста микроорганизмов в водной среде промышленного производственного процесса, включающего материал из целлюлозных волокон, особенно в производстве бумаги, картона и целлюлозной массы. Полученный эффект был сильным даже при низкой дозе соединения и в водных средах, имеющих высокую скорость потока и/или высокую температуру. Неожиданно было обнаружено, что соединения продемонстрировали антимикробную активность, которая была бы такой же или даже лучше, чем у стандартных антимикробных агентов, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности против биопленок. Композиции по изобретению полезны для обеспечения антибактериального эффекта и контроля роста биопленки и/или бактерий.
В настоящем контексте термин «контроль роста биопленки» охватывает действия по контролю, выбранные по меньшей мере из предотвращения, ингибирования и/или уменьшения биопленки. Эти действия по контролю могут предприниматься до, во время или после образования биопленки, и действия по контролю могут осуществляться по отдельности или одновременно, например, композиции, включающие указанные соединения, могут как предотвращать образование новой биопленки, так и одновременно уменьшать существующую биопленку. Соединения могут быть полезны для предотвращения образования биопленки. Это означает, что соединения предотвращают образование биопленки на поверхностях, не содержащих биопленки. Соединения также могут быть полезны для ингибирования биопленки. Это означает, что соединения ингибируют дальнейший рост существующей биопленки и/или ингибирует образование биопленки на поверхности, свободной от биопленки. Соединения могут также быть полезны для уменьшения биопленки. Это означает, что композиции уменьшают количество существующей биопленки на технологических поверхностях. В целом, контроль роста биопленки может быть достигнут путем контроля количества микроорганизмов в технологическом процессе и/или путем контроля их роста в режиме биопленки. Композиция, содержащая указанные соединения, может быть полезна для контроля роста микроорганизмов, либо в биопленке, и/или в свободном виде в водной среде промышленного процесса производства, содержащего материал из целлюлозных волокон, в предпочтительном варианте осуществления изобретения в биопленке.
В настоящем контексте термин «биопленка» понимается как сообщество микроорганизмов, в основном бактерий, которые прикрепляются к производственной поверхности и обычно растут в окружении комплексного матрикса из внеклеточных полимерных веществ. Биопленка защищает микроорганизмы, что делает контроль роста биопленок более сложным, чем контроль роста отдельных микроорганизмов. Неэффективный контроль биопленок может привести к значимым проблемам в промышленных процессах, например к повышенной потребности в очистке, остановке производства и/или к негативному влиянию на качество и/или количество продукции.
В настоящем контексте термин «контроль роста микроорганизмов» относится к уничтожению и/или уменьшению количества и/или активности микроорганизмов и он используется как синоним любого биостатического или биоцидного эффекта, такого как уничтожение, предотвращение возникновения, удаление или ингибирование роста микроорганизмов. Микроорганизмы могут присутствовать в водной среде в свободном виде или в виде биопленки, известной также как рост в форме биопленки.
В настоящем контексте термин «водная среда» относится к промышленной системе водоснабжения, содержащей водный раствор. Настоящее изобретение особенно относится к промышленным процессам, в которых задействована водная среда, содержащая целлюлозный волокнистый материал природного происхождения. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, температура водной среды составляет по меньшей мере 40°С, предпочтительно по меньшей мере 50°С.
В частности, композиция по настоящему изобретению подходит для ведения или применения в промышленных производственных процессах, включающих целлюлозный волокнистый материал, таких как производство бумаги, картона, целлюлозной массы, ткани (тонкой бумаги), прессованной целлюлозы, нетканого полотна, вискозы и им подобных. Водная среда предпочтительно включает в себя по меньшей мере воду, целлюлозный волокнистый материал, мелкие фракции и/или фрагменты волокна природного происхождения. Водная среда также может содержать крахмал. Материал целлюлозного волокна предпочтительно происходит из древесины мягких пород, древесины твердых пород или недревесных источников, таких как бамбук или кенаф, или любых их смесей. Предпочтительно, целлюлозный волокнистый материал должен быть получен из лигноцеллюлозного волокнистого материала. Более предпочтительно целлюлозным волокнистым материалом являются лигноцеллюлозные волокна. Целлюлозный волокнистый материал можно получать любым подходящим механическим, химико-механическим или химическим способом обработки целлюлозы или любым из их комбинаций или любым другим известным способом получения целлюлозы. Целлюлозный волокнистый материал может также включать волокнистый материал, полученный из переработанного картона, бумаги или целлюлозной массы. Например, целлюлозный волокнистый материал может содержать волокна целлюлозы, происходящие из древесины твердых пород, и имеющие длину 0,5-1,5 мм, и/или из древесины мягких пород и иметь длину 2,5-7,5 мм. Водная среда также может содержать неорганические минеральные частицы, такие как наполнители и/или покрывающие минералы; гемицеллюлозу; лигнин; и/или растворенные и коллоидные вещества. Водная среда также может содержать вспомогательные вещества для производства бумаги, такие как крахмал, клеящие агенты, неорганические или органические коагуляционные или флокуляционные агенты, природные или синтетические полимеры различной длины и/или примеси, краски, оптические отбеливатели или любые их комбинации.
Состав может включать соединение 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрил в форме Z- или Е-изомера, или композиция может содержать смесь обоих изомеров. Например, отношение Е изомеров к Z изомерам в составе может составлять от 70:30 до 100:0 или от 80:20 до 99:1. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, отношение Е изомеров к Z изомерам в копозиции может составлять от 30:70 до 0:100 или от 20:80 до 1:99
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения можно вводить в процессы промышленного производства, включающие целлюлозный волокнистый материал, композицию, включающую одно или оба соединения, выбранных из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила и 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида. В том случае, когда оба соединения вводят в водную среду, их можно вводить в виде одной композиции, то есть их смеси, или их можно вводить в виде двух разных композиций последовательно друг за другом. В случае введения обоих соединений, индивидуальные дозы для обоих соединений могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга. Таким образом, обеспечивается возможность эффективно контролировать биопленку и/или микроорганизмы в водной среде.
Настоящее изобретение подходит для контроля роста микроорганизмов, таких как бактерии, принадлежащие к роду Meiothermus, Deinococcus и/или Pseudoxanthomonas в водной среде. Согласно одному варианту осуществления изобретения, водная среда промышленного производственного процесса, содержащая материал из целлюлозных волокон, таким образом, содержит бактерии, принадлежащие к виду Meiothermus, Deinococcus и/или Pseudoxanthomonas, либо по отдельности, либо в любой комбинации, или водная среда находится в контакте с биопленкой которая, по меньшей мере, частично образована любыми из перечисленных бактерий. Микроорганизмы в упомянутых промышленных процессах, как правило, не относятся к фотосинтезирующими микроорганизмами, то есть в предпочтительном варианте осуществления изобретения, водная среда практически или полностью свободна от фотосинтетических микроорганизмов, например водорослей. Добавление соединения, выбранного из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, уменьшает количество упомянутых микроорганизмов, как в свободном виде, так и в виде биопленки, или даже полностью устраняет их наличие в водной среде. Устранение может быть полным или частичным. Предотвращение относится здесь к любому профилактическому устраняющему действию, которое уменьшает или ингибирует рост микроорганизмов в виде биопленки и тем самым полностью или частично предотвращает образование биопленки.
Как правило композицию, включающую соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, можно добавлять в водную среду в биостатических или биоцидных количествах. Биостатическое количество означает количество, достаточное, по меньшей мере, для предотвращения и/или снижения активности и/или роста микроорганизмов или биопленки. Биоцидное количество связано с более эффективным действием, то есть количество, способное уменьшить активность и/или рост микроорганизмов или биопленки и/или уничтожить большинство или все микроорганизмы, присутствующие в водной среде. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, соединение может быть добавлено в водную среду в дозированном количестве 0,01-100 ppm (миллионных долей), в предпочтительном варианте 0,01-10 ppm, в более предпочтительном варианте 0,01-2 ppm или 0,01-1 ppm, в еще более предпочтительном варианте 0,01-0,5 ppm или 0,01-0,3 ppm, в расчете на активный ингредиент, то есть 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрил и/или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамид. Эффективность соединения позволяет использовать низкие дозы и низкие концентрации при сохранении хорошего контроля роста микроорганизмов, а также образования и/или роста биопленок.
Композиции, включающие соединения, выбранные из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, могут добавляться в водную среду в виде твердого вещества, такого как сухой порошок, или в более предпочтительном варианте, в жидкой форме. Соединения могут дозироваться непрерывно или периодически. Согласно одному варианту осуществления изобретения соединения могут вводиться периодически в водную среду в течение 3-45 минут 6-24 раза в сутки, в предпочтительном варианте осуществления в течение 10-30 минут 12-24 раза в сутки.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, промышленный производственный процесс, в котором используют водную среду, содержащую целлюлозный волокнистый материал природного происхождения, представляет собой процесс производства целлюлозной массы и/или бумаги и/или картона, где водная среда имеет высокую температуру и/или высокую скорость потока. Таким образом, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, добавляется или дозируется в систему для производства целлюлозной массы и/или бумаги и/или картона. Водные среды в этих процессах часто демонстрируют высокую скорость потока и высокие скорости сдвига, которые могут вызывать образование биопленки на технологических поверхностях вследствие воздействия на микроорганизмы. Например, в средах при изготовлении бумаги и картона, скорости потока обычно могут быть выше 1 м/с, даже более 10 м/с, обычно от 1 до 20 м/с или от 1 до 10 м/с. Наблюдалось, что композиции, содержащие указанные соединения, эффективны, особенно в этих сложных условиях, и их можно обычно использовать в течение всего технологического процесса, чтобы уменьшить и/или предотвратить рост микроорганизмов и образование биопленки на технологических поверхностях. В принципе, композиции, включающие упомянутые соединения, могут быть добавлены практически в любой точке процесса, особенно в ходе процесса с рециркуляцией технологической воды, для поддержания контроля микроорганизмов и/или образования биопленки на протяжении всего технологического процесса. Композиции, включающие указанные соединения, могут также или в соответствии с другим вариантом осуществления добавляться к целлюлозному волокнистому материалу, например лигноцеллюлозному волокнистому материалу, который используется в качестве сырья в технологическом процессе.
Промышленный производственный процесс с водной средой, включающей целлюлозный волокнистый материал природного происхождения, может представлять собой процесс производства целлюлозной массы и/или бумаги и/или картона, где рН водной среды находится в диапазоне 5-9, в предпочтительном варианте осуществления 7-8,5.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, может быть добавлено в промышленном производственном процессе, в котором используется водная среда, включающая целлюлозный волокнистый материал, который представляет собой процесс изготовления бумаги и/или картона, особенно в коротком контуре процесса изготовления бумаги или картона. В типичном процессе изготовления бумаги и картона, исходная волокнистая масса подается в напорный бак, который распределяет волокнистую массу по движущейся сетке в формующей части машины, на которой формируется непрерывное бумажное полотно. Под коротким контуром или короткой рециркуляцией секцией бумаго-/картоноделательной машины здесь понимается, как общепринято в данной области техники, часть производственной системы, в которой осуществляется рециркуляция и возврат в производство по меньшей мере части избыточной воды, содержащейся в исходной волокнистой массе, которая стекает в сборник для подсеточной воды в формующей части машины и поступает обратно в напорный бак для повторного использования
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения или в дополнение, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, может быть добавлено в промышленный производственный процесс, использующего водную среду, включающую целлюлозный волокнистый материал, например, процесса производства целлюлозной массы, и/или бумаги, и/или картона, в водонапорные башни для технологической воды, такие как башни для циркулирующей воды или башни для фильтрата; в резервуары для хранения светлого или мутного фильтрата; гидроразбиватели; в водные потоки до или после гидроразбивателей; систему переработки бумажного брака и технологические потоки до или после содержащих бумажный брак резервуаров; технологические потоки до или после сборника для подсеточной воды; технологические потоки до или после смесителя для бумагоделательной машины; резервуар для свежей воды; резервуар для подогретой воды и/или резервуар для воды для орошения.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, или в дополнение, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, может быть добавлено в промышленном производственном процессе, использующего водную среду, содержащую целлюлозный волокнистый материал, к которым относятся процессы производства бумаги и/или картона, на любой стадии процесса производства бумаги или картона в контуре с длинной рециркуляцией. Под частью машины по производству бумаги/картона с длинной рециркуляцией в данном случае понимается, как принято в этой области, часть производственной системы, которая занимается обработкой избыточной воды и бумажного брака. Основная часть возвратной воды покидает контур короткой рециркуляции и подается в контур длинной рециркуляции, включающий в себя: ловушку для содержащихся в возвратной воде волокон, пригодных для повторного использования; резервуары для фильтрованной воды, которая используется, например, в спрысковых аппаратах, и резервуары для рециркулированной воды, которая используется, например, для разведения целлюлозной массы, поступающей с целлюлозной установки в машину для производства бумаги/картона. Частью контура длинной рециркуляции является система обработки влажного и сухого бумажного брака, поступающего из бумагоделательной машины. Этот материал повторно измельчается и вновь используется как часть исходной волокнистой массы
Согласно одному варианту осуществления изобретения, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-тиазолил-бензолсульфонамида, добавляют в водную среду, которая содержит остаточное количество пероксида от приблизительно 0,01 до приблизительно 100 ppm (миллионных долей) или от приблизительно 0,01 до приблизительно 50 ppm (миллионных долей).
Согласно одному варианту осуществления изобретения, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, может использоваться в сочетании с другими биоцидными или противомикробными агентами. Другими подходящими биоцидными или антимикробными агентами могут быть не окисляющие биоцидные или антимикробные агенты или окисляющие биоцидные или антимикробные агенты. Подходящими не окисляющими биоцидными или антимикробными агентами являются, например, глутаровый альдегид, 2,2-дибром-3-нитрилопропионамид (ДБНПА, DBNPA), 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол (Бронопол, Bronopol), четвертичные аммониевые соединения, карбаматы 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он (ХМИТ, CMIT) и 2-метил-4-изотиазолин-3-он (МИТ, MIT). Подходящими окисляющими биоцидными или антимикробными агентами являются, например, хлор, соли гипохлорита, хлорноватистая кислота, хлорированные изоцианураты, бром, соли гипобромита, бромноватистая кислота, хлорид брома, диоксид хлора, озон, перекись водорода и перекисные соединения, такие как надуксусная кислота или надмуравьиная кислота. Другими подходящими окисляющими биоцидными агентами являются, например, стабилизированные галогеновые соединения, в которых активный галоген, такой как хлор или бром, реагирует с азотсодержащим соединением, таким как диметилгидантонтоин, соль аммония, мочевина, карбамат или другая азот содержащая молекула, способная реагировать с активным галогеном. Например, в одном варианте осуществления изобретения, соединение, выбранное из 3-[(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрила или 4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамида, добавляют в водную среду, которая содержит остаточный активный галоген в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 20 ppm (миллионных долей) в пересчете на активный хлор.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Некоторые варианты осуществления изобретения более подробно описаны в следующих неограничивающих примерах.
Материалы и методы, используемые в примерах
Чистые культуры Meiothermus silvanus, вида микроорганизмов, часто встречающегося в биопленках бумагоделательных машин (Ekman J, Journal of Industrial Microbiology & Biotechnoiogy 34:203-211) и Pseudoxanthomonas taiwanensis, еще один вид, широко распространенный в средах бумагоделательных машин (Desjardins, Е & Beaulieu, С, Journal of industrial Microbiology & Biotechnology 30:141-145) использовали для изучения эффективности различных химических веществ для предотвращения образования биопленки.
Тесты на биопленки проводились либо на синтетическом коммерческой питательной среде «бульон R2» (Lab М Ltd, Великобритания), либо в содержащей целлюлозные волокна синтетической воде для бумагоделательных машин, среде SPW (приготовленной в соответствии с Peltola, et al., J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2011, 38: 1719-1727) в микропланшетах на 96 лунок с крышками, имеющими штифты (с фиксирующими крышками) (Thermo Fisher Scientific Inc., США). Планшеты инкубировали при 45°C с вращательно-качательным перемешиванием (150 об/мин), что обеспечивает высокую скорость потока жидкости в каждой лунке.
3- [(4-метилфенил)сульфонил]-2-пропеннитрил, далее называемый соединением А, был получен от EMD Biosciences Inc, США; чистота ≥98% Е-изомер.
4-амино-N-2-тиазолил-бензолсульфонамид, далее называемый соединением В, был получен от Sigma Aldrich Finland Оу.
2,2-дибром-3-нитрилопропионамид, в дальнейшем называемый DBNPA, был получен от Kemira Oyj (Fennosan R20, 20% активного ингредиента).
Способ испытания для предотвращения образования биопленки
Для экспериментов по предотвращению образования биопленок, лунки 96-микролуночных планшетов имеющими штифты заполняли бульоном R2 или средой SPW, инокулировали чистыми бактериальными культурами и обрабатывали различными количествами испытываемых химических соединений. Фиксирующие крышки были установлены. Через 24 часа планшеты опорожняли и в лунки добавляли свежий бульон R2 или среду SPW, содержащие культуру микроорганизмов, с различными количествами испытываемых химических веществ, и исходную фиксирующие крышки снова ставили на место. Еще через 24 часа, то есть через 48 часов после начала испытания, лунки планшетов опорожняли, ополаскивали, а фиксирующую крышку и лунки оставляли для сушки.
Способ испытания для удаления существующей биопленки
Для экспериментов по удалению уже существующей (ранее образовавшейся) биопленки, лунки 96-микролуночных планшетов с фиксирующими крышками заполняли средой SPW и инокулировали чистыми бактериальными культурами. Биопленку выращивали в течение 24 часов без добавления каких-либо химических соединений, подлежащих испытанию. В некоторых экспериментах через 24 часа процедуру повторяли, опустошая лунки и добавляя свежий раствор SPW, инокулированный чистой бактериальной культурой, снова без каких-либо испытуемых веществ. Исходную фиксирующую крышку снова ставили на место, и биопленке давали расти в течение дополнительных 24 часов, то есть всего 48 часов.
Через 24 или 48 часов после начала испытания, лунки опорожняли и добавляли свежий раствор SPW, заквашенный чистыми бактериальными культурами и различными количествами испытываемых химических соединений, и исходную фиксирующую крышку снова ставили на место. Еще через 2 или 24 часа планшеты опорожняли, промывали и фиксирующую крышку и лунки оставляли для сушки.
Количественное определение образовавшейся биопленки
Количество биопленки, образованной на микролунках и поверхностях штифтов, количественно определяли с помощью красящего раствора, добавляя 200 мкл 1% кристаллического фиолетового (Merck Millipore KGaA, Германия) в метаноле в каждую лунку и снова устанавливая фиксирующую крышку. Через 3 минуты лунки опорожняли и лунки и колышки промывали 3 раза водопроводной водой. Связавшийся кристаллический фиолетовый растворяли в этаноле и измеряли оптическую плотность при 595 нм. Значения, показанные в следующих таблицах, представляют собой среднюю оптическую плотность для 8 повторностей (лунки и штифты).
Все значения оптической плотности в примерах 1-6 являются фактическими измеренными значениями. При расчете процента уменьшения биопленки было принято во внимание, что среда SPW сама по себе после 2 дней инкубации без какого-либо бактериального инокулята давала фоновое значение оптической плотности 0,14.
Пример 1
Таблицы 1 и 2 демонстрируют способность Соединения А предотвращать образование биопленок Meiothermus silvanus и Pseudoxanthomonas faiwanensis. Условия испытаний моделировали условия процесса изготовления бумаги или картона ((синтетическая вода для бумагоделательных машин, высокая температура, наличие волокон, высокая скорость потока) и соединение А наблюдали для контроля биопленок при очень низкой концентрации. Уже в дозе 0,13 мг/л активного соединения А, эффект снижения биопленки превышал 90%. Для сравнения, обычный противомикробный агент DBNPA требовал дозировки 1 мг/л активного соединения для достижения такой же эффективности снижения биопленки. Результаты для DBNPA приведены в таблицах 3 и 4.
В таблице 1 показано влияние введения доз соединения А на биопленки Meiothermus silvanus в среде SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
В таблице 2 показано влияние введения доз соединения А на биопленки Pseudoxanthomonas taiwanensis в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
В таблице 3 показано влияние введения доз соединения DPNPA на биопленки Meiothermus silvanus в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
В таблице 4 показано влияние введения доз DPNPA на биопленки Pseudoxanthomonas taiwanensis в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
Результаты в таблицах 1-4 показывают, что соединение А способно предотвращать образование биопленки у доминирующих промышленных форм биопленок в условиях бумагоделательной машины при очень низкой дозировке по сравнению с обычным биоцидом, используемым в бумажной промышленности.
Пример 2 (Контроль)
В таблицах 5 и 6 показано влияние известного антибиотика грамицидина на образование биопленок Meiothermus silvanus и Pseudoxanthomonas taiwanensis. В синтетической среде для выращивания «бульон R2» грамицидин был способен предотвращать образование биопленки при явно более низкой концентрации, чем в условиях, имитирующих процесс изготовления бумаги или картона (синтетическая вода для бумагоделательных машин, высокая температура, наличие волокон, высокая скорость потока).
Результаты в таблицах 5 и 6 демонстрируют ожидаемое поведение клинического антимикробного соединения с ухудшением характеристик при воздействии неклинических условий. Напротив, соединение А было способно контролировать биопленку в воде бумагоделательной машины при очень низкой концентрации, как показано в примере 1.
В таблице 5 показано влияние введения доз грамицидина на биопленки Meiothermus silvanus в бульоне R2 и SPW. Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
В таблице 6 показано влияние введения доз грамицидина на биопленки Pseudoxanthomonas taiwanensis в бульоне R2 и SPW. Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
Пример 3
Таблицы 7 и 8 демонстрируют способность Соединения В предотвращать образование биопленок Meiothermus silvanus и Pseudoxanthomonas taiwanensis. Условия испытаний идентичны условиям испытаний в примере 1.
В таблице 7 показано влияние введения доз соединения В на биопленки Meiothermus silvanus в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
В таблице 8 показано влияние введения доз соединения В на биопленки Pseudoxanthomonas taiwanensis в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозы приведены для активного ингредиента.
Результаты в таблицах 7 и 8 демонстрируют, что соединение В может предотвращать образование биопленки у доминирующих промышленных форм биопленки в условиях бумагоделательной машины.
Пример 4
Таблицы 9 и 10 демонстрируют способность Соединения А устранять уже сформированную биопленку Meiothermus silvanus и Pseudoxanthomonas taiwanensis. Условия испытаний имитировали условия процесса изготовления бумаги (синтетическая вода для бумагоделательных машин, высокая температура, наличие волокон, высокая скорость потока). Наблюдалось, что соединение А удаляет уже образовавшиеся биопленки. Однократная доза активного соединения 0,5 мг/л удаляла всю биопленку, образовавшуюся в течение 48-часового периода предварительного роста через 24 часа после добавления Соединения А.
В таблице 9 показано влияние введения дозировки соединения А на биопленки Pseudoxanthomonas taiwanensis в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку предварительно выращивали в течение 48 ч, после чего добавляли соединение А в заданном количестве. Через 24 часа биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозировка соединения А дана как активное соединение.
В таблице 10 показано влияние введения доз соединения А на биопленки Meiothermus silvanus в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку предварительно выращивали в течение 48 ч, после чего добавляли соединение А в заданном количестве. Через 2 часа биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозировка соединения А дана как активное соединение.
Пример 5
Соединение А было получено, и его Е- и Z-изомеры были отделены друг от друга. Таблицы 11 и 12 демонстрируют способность Е- и Z-изомеров соединения А предотвращать образование биопленок Meiothermus silvanus и Pseudoxanthomonas taiwanensis. Условия испытаний идентичны условиям испытаний в примере 1. Видно, что оба изомера соединения А предотвращают образование биопленки.
В таблице 11 показано влияние Е- и Z-изомеров соединения А на биопленки Meiothermus silvanus в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозировка соединения А дана как активное соединение.
В таблице 12 показано влияние Е- и Z-изомеров соединения А на биопленки Pseudoxanthomonas taiwanensis в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозировка соединения А дана как активное соединение.
Пример 6
Соединение А было получено, и его Е- и Z-изомеры были отделены друг от друга. Таблица 13 демонстрирует способность Е- и Z-изомеров соединения А удалять уже образованные биопленки Meiothermus silvanus и Pseudoxanthomonas taiwanensis. Условия испытаний имитировали условия процесса изготовления бумаги (синтетическая вода для бумагоделательных машин, высокая температура, наличие волокон, всокая скорость потока).
Видно, что оба изомера соединения А эффективны в удалении уже сформированных биопленок.
В таблице 13 показано влияние Е- и Z-изомеров соединения А на биопленки Meiothermus silvanus в SPW при 45°С и 150 об/мин (высокая скорость перемешивания). Биопленку предварительно выращивали в течение 24 ч, после чего добавляли Е- или Z-изомер соединения А в указанном количестве. Через 24 часа биопленку окрашивали и определяли количественно путем измерения оптической плотности. Дозировка соединения Адана как активное соединение.
Даже если изобретение было описано с учетом того, что в настоящее время представляется наиболее практичными и предпочтительными способами его осуществления, следует принимать во внимание, что изобретение не будет ограничиваться вариантами осуществления, описанными выше, но изобретение рассчитано также на то, чтобы охватывать различные модификации и эквивалентные технические решения в пределах прилагаемых пунктов.