АНТИВИРУСНЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
ANTI-VIRUS FILTRATION MATERIAL

Изобретение относится к фильтрующим материалам, обладающим антивирусной активностью, и может быть использовано для индивидуальной защиты верхних дыхательных путей от воздушно-капельной инфекции.
Широко известны фильтрующие материалы и изделия из них, в которых наряду с естественными и искусственными антисептиками в качестве бактерицидного и бактериостатического агента используется серебро.
Известен композиционный фильтрующий материал, обладающий антимикробной активностью, содержащий трехслойную структуру из наночастиц серебра на поверхности носителя, выбранного из ряда: алюмосиликат, диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана (1. Парфенов А.С., Манохин Д.Н., Круглова Д.В. Композиционный фильтрующий материал и способ его приготовления. Патент РФ №2315649 от 27.01.2008).
Этот фильтрующий материал с антимикробной активностью эффективен для использования в стационарных и полустационарных изделиях и плохо подходит для легких переносных изделий, например лицевых повязок, так как из-за заметного веса и необходимости удержания слоя фильтрующего материала в вертикальном положении его помещают в емкость-каркас.
Наиболее близким к изобретению является трехслойный сорбционно-фильтрующий материал, средний слой которого выполнен из ультратонких перхлорвиниловых волокон, содержащих частицы активированного угля, обработанного азотнокислым серебром, или из активированных углеродных волокон, обработанных азотнокислым серебром (2. Филатов Ю.Н., Гринченко А.И. и др. Сорбционно-фильтрующий материал, фильтр для очистки газов, аналитическая сорбционно-фильтрующая лента и фильтрующая полумаска для защиты органов дыхания на его основе. Патент РФ №2188695 от 10.09.2002).
Фильтрующий материал этого типа также не может быть эффективно использован в изделиях, где он подвержен механическому воздействию, например в лицевой повязке. Малая прочность и высокая хрупкость углеродных волокон, их утряска и осыпание активированного угля, обработанных азотнокислым серебром, приводит к неравномерному распределению фильтрующего материала по вертикали и образованию пустот, через которые может проникнуть вирус.
Задача, решаемая заявляемым антивирусным фильтрующим материалом, заключается в улучшении физико-механических и эксплуатационных свойств и в расширении области его использования в различных изделиях.
2
3
Поставленная задача решается благодаря тому, что антивирусный фильтрующий материал в качестве объемно-пористого носителя содержит слой синтепона, металлизированного серебром, с исходной поверхностной плотностью от 100-200 г/м и объемной плотностью 20-30 кг/м, толщиной не менее 3 мм и удельной массой серебра более 0,1 г/г.
Синтепон - нетканый материал, в котором смесь синтетических волокон скрепляется иглопробивным, клеевым или термическим способом.
Результат, достигаемый с помощью заявляемого антивирусного фильтрующего материала, заключается в улучшении физико-механических и эксплуатационных свойств, и в расширении за счет этого области его использования в различных изделиях.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого, не обнаружены.
Заявляемый антивирусный фильтрующий материал по отношению к прототипу обладает следующими существенными отличительными признаками:
2
2
- в качестве основы содержит легкий, прочный и эластичный синтепон с высокой удельной поверхностью (0,15-0,4 м/г) и исходной массой синтетического волокнистого материала 100-200 г/м.
- поверхность волокон синтепона химически металлизирована серебром с удельным расходом серебра не менее 0,1 г/г.
3
- металлизированный серебром синтепон в свободном состоянии имеет толщину слоя не менее 3 мм и объемную плотность 20-30 кг/м.
Совокупность существенных отличий заявляемого антивирусного фильтрующего материала и взаимосвязь между ними позволяют решить поставленную задачу и сделать вывод о соответствии критерию «новизна» по действующему законодательству.
Сведений об известности отличительных признаков заявляемого антивирусного фильтрующего материала и совокупности известных признаков с достижением тех же результатов, как у заявляемого, не найдено. На основании этого сделан вывод о соответствии заявляемого антивирусного фильтрующего материала критерию «изобретательский уровень».
3
2
2
Использование в качестве объемно-пористой основы (носителя) для изготовления антивирусного фильтрующего материала легкого, прочного, эластичного, не токсичного, гигиенически и экологически безопасного синтепона позволяет значительно улучшить физико-механические и эксплуатационные свойства, что в свою очередь значительно расширяет область использования антивирусного фильтрующего материала в различных изделиях. Химическая металлизация синтепона серебром позволяет наделить антивирусный фильтрующий материал антимикробными, антивирусными, антиаллергенными и антизапаховыми свойствами длительного действия, а большая удельная поверхность посеребренных волокон при толщине слоя не менее 3 мм и объемной плотности 20-30 кг/м значительно увеличивает вероятность контакта с вирусами, бактериями и микробами. Точное количество серебра, которое следует наносить на синтепон, например, химическим способом, по-видимому, зависит от условий эксплуатации антивирусного фильтрующего материала. Но, как правило, это количество невелико и уже при удельном расходе 10-15 г серебра на м синтепона плотностью 120 г/м обеспечивает по данным электронной микроскопии практически сплошную металлизацию поверхности волокон и высокую электропроводность (3. А.А.Вайс, Р.Ю.Бек, А.И.Маслий и др. Объмно-пористый электродный материал и проточный электрод на его основе. Патент РФ №2178017 от 10.01.2002).
2
Высокая электронная проводимость металлизированного серебром синтепона обеспечивает (в зависимости от области применения) возможность регулирования степени растворимости серебра, например, за счет его поверхностного окисления до AgO анодной обработкой в щелочных растворах. Это позволяет использовать его в стационарных автоматизированных системах очистки воды и воздуха в местах массового скопления людей (аквапарки, бассейны, концертные залы, кинотеатры и т.п.).
Оценка эффективности фильтрации и вирулицидного действия антивирусного фильтрующего материала проведена в испытательной лаборатории биотехнологического контроля в Научно-производственной фирме «Исследовательский центр», р.п. Кольцово, Новосибирская обл.
Для испытаний были изготовлены 6 видов лицевых повязок - масок с обозначением 0, 1, 2, 3, 4, 5. В качестве референс-маски использовали маску «TECNOL» Kemberly-Clark, USA (голубого цвета).
В качестве основы использовали следующие варианты фильтрующих материалов.
2
0 - исходный синтепон - полотно полиэфирное термоскрепленное ТУ 8391-001-68738757-2003 - без металлизации: диаметр волокон - около 20 мкм, поверхностная плотность 120 г/м, толщина слоя - 12±0,5 мм.
1 - исходный синтепон после операции химического серебрения путем восстановления аммиачных комплексов серебра глюкозой. Средний расход серебра - 0,125 г/г.
2 - исходный синтепон термически уплотнен по высоте до 6 мм с последующим химическим серебрением.
3 - исходный синтепон разделен на два слоя. Половинный слой термически уплотнен до 3 мм и подвержен операции химического серебрения.
4 - синтетический нетканый иглопробивной материал (синтетическая салфетка): диаметр нитей около 1,2 мкм, толщина слоя около 1 мм. Средний расход серебра - 0,125 г/г.
5 - синтетическая ткань из жгутов нитей диаметром около 1,4 мкм, число нитей в жгуте - 20, толщина слоя - 0,07 мм. Средний расход серебра - 0,125 г/г.
В испытуемых образцах защитные слои, между которыми располагался антивирусный фильтрующий материал, выполнены из пористой ситцевой ткани. Это облегчало попадание вируса гриппа в антивирусный фильтрующий материал.
При испытаниях вируссодержащую суспензию (ВВС) вируса гриппа А штамм AJCHI 2/68 распыляли пневматическим распылителем «Омрон» в динамический канал, внутри которого устанавливали испытуемый образец маски. Средний диаметр аэрозольных частиц составлял 1,6 мкм и степень полидисперсности - 2,3 (определен каскадным импактором андерсоновского типа). На выходе динамического канала был установлен аэрозольный пробоотборник. Скорость пробоотбора составляла (10,5±0,5) л/мин. В качестве сорбирующей жидкости использовали среду ОПТИ-МЕМ с добавлением антибиотиков. Время распыления и пробоотбора аэрозоля составляло 1 мин. По окончании этой процедуры сорбирующую жидкость из пробоотборника подвергали вирусологическому анализу с целью определения концентрации вирусов гриппа, прошедших через исследуемую маску. Поверхность маски, на которой был осажден вирусный аэрозоль, разрезали на четыре равные части, одну из которых сразу помещали в емкость с 5 мл среды ОПТИ-МЕМ для смыва на качалке осевшего вируса и определения его концентрации. Три оставшиеся части подвергали аналогичной процедуре, но через определенные промежутки времени после осаждения вируса - 15, 30 и 60 мин. Это делалось для оценки динамики вирулицидного действия материала маски на вирус гриппа.
Полученные значения по концентрации вируса гриппа в сорбирующей жидкости МЦ-2 и на поверхности маски позволили определить эффективность фильтрации и вирулицидного действия материалов, используемых для изготовления масок (см. Таблица 2).
Таблица 2
Обозначение маски
Эффективность улавливания, %
Концентрация вируса на поверхности маски, после осаждения, ФОЕ/мл *
0 мин
15 мин
30 мин
60 мин
0
30,3
70±10
50
50
30
1
57,8
70±10
20
10
10
2
65,4
70±10
0
0
0
3
59,6
70±10
70
0
0
4
77,0
70±10
70
30
0
5
82,4
70±10
70
30
0
Референс
97,9
70±10
80
70
50
* ФОЕ (фокусобразующая единица) - количество пораженных вирусом клеток в поле зрения микроскопа
Из полученных результатов проведенных испытаний можно сделать следующие выводы.
1. Из-за высокой пористости образцов антивирусных фильтрующих материалов на основе синтепона степень улавливания частиц аэрозоля заметно ниже (30-65%), чем для маски «TECNOL» из очень плотного синтетического материала (около 98%). Поэтому для защиты органов дыхания предлагаемым антивирусным фильтрующим материалом из металлизированного серебром синтепона необходимо использовать его совместно с неактивными плотными фильтрующими слоями, аналогичными маске «TECNOL».
Интересно отметить, что при практически равной пористости степень улавливания аэрозольных частиц для покрытого серебром синтепона более чем вдвое выше, чем для исходного. Вероятнее всего это связано с различной смачиваемостью поверхности волокон.
2. Вирулицидным действием обладают только фильтрующие материалы, содержащие серебро (маски 1-5).
3. Динамика гибели вирусов существенно зависит от параметров фильтрующих слоев с химически серебреной поверхностью волокон, в частности от толщины слоя материала и его объемной плотности. Скорость гибели вирусов гриппа растет с увеличением толщины слоя и объемной плотности синтепона (сравни маски 1, 2 и 3). Переход от объемно-пористого синтепона к более тонким и плотным - синтетическому нетканому иглопробивному материалу (маска 4) и синтетическому тканому материалу (маска 5) - ведет к ухудшению вирулицидного действия фильтрующего материала.
3
4. Наилучшие показатели для испытанных фильтрующих слоев из синтепона с диаметром волокон около 20 мкм и расходом серебра при химическом серебрении более 0,1 г/г получены при объемной плотности синтепона около 22,5 кг/м и его толщине 3-6 мм. Именно эти условия обеспечивают, по-видимому, наилучший контакт частиц аэрозоля с серебряной поверхностью, способствующей гибели вирусов.
Предлагаемый антивирусный фильтрующий материал благодаря своим высоким физико-механическим, эксплуатационным и антивирусным свойствам может найти широкое применение в различных изделиях, начиная от крупных промышленных фильтров и заканчивая эластичными лицевыми повязками в качестве эффективного защитного средства для медицинского персонала научных институтов, клиник, больниц, поликлиник, лабораторий, работников детских учреждений, предприятий торговли, питания, а также в бытовых условиях в период эпидемий гриппа.