НАНОКОНТЕЙНЕР С ДВУМЯ ТОРЦЕВЫМИ ЗАГЛУШКАМИ

Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулоне наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками, обеспечивающего 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 используется для размещения в нем косметических составов. Эти контейнируемые составы предназначаются для ухода за кожей и представляют собой как ординарные витамины, так и витаминные комплексы в виде соответствующих растворов на водной основе. Рассматриваемый наноконтейнер выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nanotube) длиной от 1×10 до 4×10 метра, обладающего 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 контейнированного состава из канала рулона рассмтриваемого 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 (диаметр 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 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 двумя торцевыми заглушками, характеризуется выполнением в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из Si0, а поверхность канала представляет собой AlO. 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, а диаметр канала находится в интервале значений от 5×10 до 2,1×10 метра. Число слоев рулона выбирают из диапазона 2-50. Канал упомянутого рулона вблизи обоих торцов закупорен заглушками.
Полезная модель иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 схематично представлено сечение наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками (вид сбоку); на Фиг.2 условно представлен объемный внешний вид наноконтейнера с двумя торцевой заглушкой; на Фиг.3 изображено сечение наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками по А-А из Фиг.2, размещенного во внешней среде.
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. Заглушки.
21. Первая торцевая заглушка.
22. Вторая торцевая 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.3), как и наноконтейнер-прототип, производится из минерального глинистого сырья (halloysite) путем первоначального грубого дробления галлуазита 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. Сортировочными параметрами служили: расстояние (от 0,18×10 до 2,5×10 метра) между слоями рулона 12(Фиг.3), диаметр (от 5×10 до 2,1×10 метра) канала рулона 13(Фиг.1), диаметр рулона 14(Фиг.1) и длину (от 6×10 до 9×10 метра) рулона 15(Фиг.1), а также число слоев (интервал значений этого параметра составлял от 2 до 50 слоев) трубчатой многослойной оболочки рулона 1(Фиг.1-Фиг.3). В качестве первой торцевой заглушки 21(Фиг.1 и Фиг.2) и в качестве второй торцевой заглушки 22(Фиг.1 и Фиг.2) применяли фуллерены [6].
Пример №1
-3
-8
-9
-9
В первом из примеров использовалось 1×10 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 6×10 метра 15(Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 2,5×10 метра, а диаметром канала рулона 13(Фиг.1) составлял 5×10 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1(Фиг.1-Фиг.3) была образована 26 слоями. В качестве контейнированного материала 3(Фиг.3), служащего для заполнения внутренней части трубчатой многослойной оболочки рулона 1(Фиг.1-Фиг.3), использовали материал 3(Фиг.3) benzotriazole (функционально представляющий собой антикоррозионный ингибитор).
-3
-4
В 5 мл 2% раствора benzotriazole в ацетоне, который помещали в ультразвуковую ванну при температуре 20°С и нормальном давлении, добавлялось 1×10 Кг рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3) с вышеприведенными параметрами. Затем туда же вводили 3,5×10 Кг фуллеренов. Включали источник ультразвуковых колебаний и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [7]. В соответствии с рекомендациями которые изложены в этом источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 45 минут обработки (экспериментально выявленное время гарантированной закупорки фуллеренами торцов заполненных контейнированным материалом 3(Фиг.3) рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3)) ультразвуком на выявленной резонансной частоте, наноконтейнеры с двумя торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 5 минут в потоке (расход которой составлял 6 л/мин) воды (с pH7) при температуре 6°С. Затем рулоны 1(Фиг.1-Фиг.3) с двумя торцевыми заглушками, каналы 11(Фиг.1) которых были заполнены benzotriazole, помещали в другую емкость с водой (с pH7), при температуре 20°С. В этой емкости и происходило постепенное высвобождение из наноконтейнеров с двумя торцевыми заглушками контейнированного материала 3(Фиг.3) во внешнюю среду 5(Фиг.3) по направлению 4(Фиг.3). Контроль динамики возрастания концентрации benzotriazole во внешней среде 5(Фиг.3), представляющей собой упомянутую воду с рН7, производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения вещества benzotriazole из предлагаемого наноконтейнеров с двумя торцевыми заглушками в окружающую их внешнюю среду 5(Фиг.3) приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Временные точки контроля (час.)
1
5
10
15
20
25
50
75
100
1000
Количество освобожденного benzotriazole (%) из устройства-прототипа
19
35
41
50
57
62
74
86
95
---
Количество освобожденного benzotriazole (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками
-
-
-
-
2
2,2
4,6
6,8
9,5
94
Как следует из Таблицы 1, предложенное устройство обеспечивает относительно прототипа почти десятикратное увеличение времени выделения контейнированного материала.
Пример №2
-3
-7
-9
-7
Во втором примере использования заявленного устройства было взято 0,5×10 Кг трубчатых многослойных оболочек 1(Фиг.1-Фиг.3), у которых длина рулона 15(Фиг.1) была 8×10 метра, расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) была 0,18×10 метра и диаметром канала рулона 13(Фиг.1) составлял 2,1×10 метра. Упомянутая трубчатая оболочка каждого рулона 1(Фиг.1-Фиг.3) была образована 50 слоями. В качестве контейнированного материала 3(Фиг.3), заполняющего канал рулона 11(Фиг.1), использовался инсулин (представляющий собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).
-4
Итак, 2 мл 1% раствора инсулина в воде (с pH6,5) при температуре 18°С, помещали в емкость. Затем в этот раствор погружали покрытые тефлоновой оболочкой два ультразвуковых миниизлучателя и насыпали 2,1×10 Кг фуллеренов. Включением источника ультразвуковых колебаний на ультразвуковые излучатели подавали синусоидальный, прямоугольные или пилообразные импульсы. В интервале значений от 20 до 50 КГц выявляли, в соответствии с рекомендациями, изложенными в [7], резонансную частоту и в течение 45 минут (экспериментально выявленное продолжительность ультразвуковой обработки для гарантированной закупорки фуллеренами торцов заполненного контейнированным материалом 3(Фиг.3)) образовавшуюся смесь подвергали ультразвуковой обработке на резонансной частоте. Затем отфильтровывали из раствора полученные наноконтейнеры с заглушками на обоих торцах, ополаскивали их в протоке воды с pH6,5 (и температурой 10°С) в течении 5 минут.
После проведения указанных процедур рулоны 1(Фиг.1-Фиг.3) с двумя торцевыми заглушками, каналы 11(Фиг.1) которых заполнены инсулином, помещали в прозрачную емкость с водой (с рН6,5) при температуре 18°С, где и происходило постепенное просачивание раствора контейнированного материала 3(Фиг.3) через межслоевой зазор наноконтейнеров, снабженного двумя торцевыми заглушками, во внешнюю среду 5(Фиг.3) по направлению 4(Фиг.3).
Контроль динамики возрастания концентрации инсулина во внешней среде 5(Фиг.3), представляющей собой воду с pH6,5 (и температурой 18°С), производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения инсулина из наноконтейнеров с двумя торцевыми заглушками в окружающую их внешнюю среду 5(Фиг.3) приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Временные точки контроля (час.)
1
5
10
15
20
25
50
75
100
1000
Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа
3
7
12
18
22
28
34
39
52
---
Количество освобожденного инсулина (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками
-
-
-
0,2
0,6
08
1
2.1
3
19
Как следует из Таблицы 2, предложенное устройство обеспечивает почти пятнадцатикратное увеличение времени высвобождения контейнированного материала относительно прототипа.
Пример №3
-3
-6
-9
-8
Для реализации третьего примера было использовано 0,5×10 Кг рулонов из галлуазита, 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.3) была образована только 2 слоями. В качестве контейнированного материала 3(Фиг.3), заполняющего канал рулона 11(Фиг.1), использовали каталазу (представляющую собой белок-энзим).
-3
-4
Сначала 2 мл 2% раствора каталазы в воде (с pH6,5) помещали в ультразвуковую ванну при температуре 15°С и нормальном давлении. Затем туда добавляли 1×10 Кг рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3) с вышеуказанными параметрами. Потом туда же вводили 1,6×10 Кг фуллеренов. Включали источник ультразвуковых колебаний и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [7]. По рекомендациям, изложенными в источнике [7], форму ультразвукового сигнала в произвольном порядке задавали от прямоугольной до синусоидальной, или использовали пилообразную форму.
После ультразвуковой обработки полученного жидкого состава в течение 45 минут (экспериментально выявленное время гарантированной закупорки фуллеренами торцов заполненных контейнированным материалом 3(Фиг.3) рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3)) на резонансной частоте, заполненные наноконтейнеры с двумя торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 5 минут в потоке (расход которой составлял 5 л/мин) воды с pH6,5 при ее температуре 8°С. После проведения указанных процедур рулоны 1(Фиг.1-Фиг.3) с двумя торцевыми заглушками, каналы 11(Фиг.1) которых оказались заполненными каталазой, помещали в прозрачную емкость с водой (с pH6,5) при температуре 15°С, где и происходило постепенное просачивание раствора указанного контейнированного материала 3(Фиг.3) через межслоевой зазор рулона 1(Фиг.1-Фиг.3) во внешнюю среду 5(Фиг.3) по направлению 4(Фиг.3) наноконтейнера, каждый из которых был снабжен двумя торцевыми (21 и 22 (Фиг.1 и Фиг.2)) заглушками из фуллеренов Контроль динамики возрастания концентрации инсулина во внешней среде 5(Фиг.3), представляющей собой упомянутую воду с pH6,5 (и температурой 15°С), производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, обладающего точностью 0,1%. Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения контейнированного материала 3(фиг.3) - каталазы из двухслойного рулона наноконтейнеров с двумя торцевыми заглушками в окружающую их внешнюю среду 5(Фиг.3) приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Временные точки контроля (час.)
1
5
10
15
20
25
50
75
100
1000
Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа
1,8
6,9
11
17
22
28
31
39
46
---
Количество освобожденного инсулина (%) изнаноконтейнера с двумя торцевыми заглушками
-
0,6
5
8,7
12,5
18
34
55
64
95
Как видно и из Таблиц 3, заявленный наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками обеспечивает существенно более длительное время выделения контейнированного материала 3(фиг.3) во внешнюю среду 5(Фиг.3).
Таким образом, полученные экспериментально 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.
7. Изобретение РФ №227784, МПК: C1B 31/02, «Способ экстракции фуллеренов», опуб. 27.03.2006 г.