НАНОКОНТЕЙНЕР

Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для контейнеризации микроскопических доз различных веществ с последующим их пролонгированном освобождением из устройства в текучую среду.
Известно средство для контейнеризации микроскопических доз лекарственного препарата в каналах вкладыша из пористого полимерного материала [1]. Недостатками известного технического решения являются, во-первых, короткий срок высвобождения большей части лекарственного препарата из пор полимерного вкладыша, что обусловлено относительно большими (достигающими десятки микрон) размерами последних, а, во-вторых, значительными потерями размещаемого лекарственного препарата (около 30%), остающегося в порах неосвобожденным.
Наиболее близким (принятым в качестве прототипа) по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является раскрытый в источнике [2] наноконтейнер, который представляет собой нанотрубку из галлуазита (halloysite nanotube), отношение объема канала в которой к весу нанотрубки составляет величину от 0,23 до 0,34 мл/г. При этом минимальное число слоев, образующих сплошную поверхность указанной нанотрубки, не может быть менее 2, что обусловлено природой образования нанотрубки (структурно представляющего собой свернувшегося в полую трубочку «листка» двухслоистого (1:1) алюмосиликата). В прототипе нанотрубка-контейнер обеспечивает пролонгированное выделение предварительно помещенного в нее вещества (например, антибактериального препарата) в течение срока от 4 до 18 часов.
Недостатком устройства-прототипа является относительно короткий (от 4 до 18 часов) срок выделения (release) вещества, помещенного в галлуазитовую нанотрубку, значительно ограничивающий сферы применения такой галлуазитовой нанотрубки в качестве наноконтейнера.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение области применения нанотрубок в качестве наноконтейнеров.
Технический результат, ожидаемый от использования заявляемой полезной модели, состоит в пролонгация выделения ранее помещенного в наноконтейнер вещества в окружающую наноконтейнер текучую среду.
2
2
3
-9
-9
Заявленный технический результат достигается тем, что в наноконтейнере, выполненном в виде трубчатой многослойной оболочки, поверхность внешней части трубчатой многослойной оболочки образована SiO, а поверхность внутренней части трубчатой многослойной оболочки образована АlО, при этом расстояние между слоями трубчатой многослойной оболочки лежит в пределах от 0,18×10 до 2,5×10 метра.
-8
-6
Желательно, чтобы в наноконтейнере длина трубчатой многослойной оболочки лежала в пределах от 6×10 до 9×10 метра.
-9
-7
Предпочтительно, чтобы в наноконтейнере диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки лежал в пределах от 5×10 до 2,1×10 метра.
Целесообразно, чтобы число слоев трубчатой многослойной оболочки наноконтейнера находилось в пределах от 2 до 50.
Заявленное техническое решение иллюстрируется рисунком, на котором схематично изображена конструкция предлагаемого наноконтейнера.
Перечень позиций.
1. Трубчатая многослойная оболочка.
2. Длина трубчатой многослойной оболочки.
3. Внешний диаметр трубчатой многослойной оболочки.
4. Расстояние между слоями, образующими трубчатую оболочку.
5. Диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки.
-8
-6
-9
-9
-9
-7
Заявляемые наноконтейнеры, снабженные трубчатыми многослойными оболочками 1, могут быть произведены из минерального глинистого сырья (например, галлуазита) путем первоначального грубого дробления последнего, размалывания и последующей промывки в протоке, например, воды (см. [3] и [4]). Затем в рамках производства наноконтейнера приготавливали навески нанотрубок по методике, используемой и в прототипе. В процессе подготовки образцов наноконтейнеров осуществляли их сортировку по геометрическим характеристикам. В качестве сортировочных параметров использовали длину трубчатой многослойной оболочки 2 (от 6×10 до 9×10 метра), круглый (не деформированный) внешний диаметр трубчатой многослойной оболочки наноконтейнера 3, расстояние между слоями, образующими трубчатую оболочку наноконтейнера 4 (от 0,18×10 до 2,5×10 метра), диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки наноконтейнера 5 (от 5×10 до 2,1×10 метра), а также число слоев трубчатой многослойной оболочки (составляющих значение от 2 до 50 соответственно). Результаты измерения скорости выделения помещаемых в наноконтейнеры веществ в окружающую наноконтейнер текучую среду представлены в нижеизложенных примерах.
Пример №1
-3
-8
-9
-9
Для первого примера было использовано 1×10 Кг наноконтейнеров с длиной трубчатой многослойной оболочки 2 равной 6×10 метра, расстоянием между слоями 4 равном 2,5×10 метра и диаметром внутренней части трубчатой многослойной оболочки 5, равном 5×10 метра. Трубчатая оболочка каждого наноконтейнера была образованы 26 слоями. В качестве вещества, заполняющего внутреннюю часть трубчатой многослойной оболочки 1 наноконтейнеров, использовался benzotriazole (представляющий собой антикоррозионный ингибитор).
-3
В 5 мл 2% раствора benzotriazole в ацетоне, который находится в стеклянной конусообразной колбе при температуре 20°С, добавлено 1×10 Кг наноконтейнеров. Общее количество вещества benzotriazole, заполнившего наноконтейнеры, составляет 5% вес. При помещении заполненных benzotriazole наноконтейнеров в воду (с рН 7), происходит постепенное высвобождение benzotriazole из них в водное окружение. Контроль динамики изменения (повышения) концентрации вещества benzotriazol в воде (являющейся в данном случае текучей средой-растворителем) велся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.
Результаты измерения динамики выделения вещества benzotriazole из наноконтейнеров в окружающий их растворитель (воду с рН 7) приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Количество освобожденного из наноконтейнеров в воду benzotriazole, (%)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время освобождения из наноконтейнеров benzotriazole (часы)
0,5
1,1
3,0
7,3
14,7
27,4
44,7
68,2
89,5
Не может быть осуществимо
Пример №2
-3
-7
-9
-7
Для второго примера было использовано 0,5×10 Кг наноконтейнеров с длиной трубчатой многослойной оболочки 2 равной 8×10 метра, расстоянием между слоями 4 равном 0,18×10 метра и диаметром внутренней части трубчатой многослойной оболочки 5 равном 2,1×10 метра. Трубчатая оболочка каждого наноконтейнера была образованы 50 слоями. В качестве вещества, заполняющего внутреннюю часть трубчатой многослойной оболочки 1 наноконтейнеров, использовалось лекарства инсулин (представлявшего собой препарат для профилактики и купирования приступов диабета).
-3
В 2 мл 1% раствора инсулина в воде (с рН 6,5), который находится в стеклянной конусообразной колбе при температуре 20°С, добавлялось 0,5×10 Кг наноконтейнеров. Общее количество лекарства инсулин, заполнившего добавленные наноконтейнеры, составляет 2% вес. При помещении заполненных инсулином наноконтейнеров в воду-раствориель (с рН 6,5), происходит постепенное высвобождение инсулина из них в водное окружение. Контроль динамики изменения (повышения) концентрации лекарства инсулин в воде (являющейся в данном случае текучей средой-растворителем) осуществлялся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.
Результаты измерения динамики выделения вещества benzotriazole из наноконтейнеров в окружающий их растворитель (воду с рН 6,5) приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Количество освобожденного из наноконтейнеров в воду-растворитель инсулина, (%)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время освобождения из наноконтейнеров в воду-растворитель инсулина (часы)
2,0
19
35
44
55
81
116
162
194
Не может быть осуществимо
Пример №3
-3
-6
-9
-8
Для третьего примера было использовано 0,5×10 Кг наноконтейнеров с длиной трубчатой многослойной оболочки 2 равной 9×10 метра, расстоянием между слоями 4 равном 1,35×10 метра и диаметром внутренней части трубчатой многослойной оболочки 5, равном 3×10 метра. Трубчатая оболочка каждого наноконтейнера была образованы 2 слоями. В качестве вещества, заполняющего внутреннюю часть трубчатой многослойной оболочки 1 наноконтейнеров, использовалась каталаза (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. Общее количество каталазы, заполнившей наноконтейнеры, составляет 4% вес от их массы. При помещении заполненных этим белком-энзимом наноконтейнеров в воду (с рН 6,5), происходит постепенное высвобождение каталазы из наноконтейнеров в окружающую их воду. Контроль динамики изменения (повышения) концентрации каталазы в воде (являющейся в данном случае текучей средой-растворителем) был выполнен посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра) с точностью 1%.
Результаты измерения динамики выделения каталазы из наноконтейнеров в окружающий их растворитель (воду с рН 6,5) приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Количество освобожденной из наноконтейнеров в воду -растворитель каталазы, (%)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Время освобождения из наноконтейнеров в воду-растворитель каталазы (часы)
2,5
12,5
25
46
63
98
126
162
Не может быть осуществимо
Как следует из Таблиц 1-3, предлагаемый наноконтейнер обеспечивает пролонгацию выделения заполняющего его вещества в разы превышающего аналогичный показатель устройства-прототипа. Это дает повод выразить мнение, что ожидаемый в настоящей заявке на полезную модель технический результат достигается.
2
3
Заявленная полезная модель отличается от прототипа тем, что характеризуется выполнением внешней части трубчатой многослойной оболочки из диоксида кремния, и, соответственно, тем, что внутренняя часть трубчатой многослойной оболочки образована АlO. При этом экспериментально выявлен и предложен признак, характеризующий в наноконтейнере расстояние между слоями, которое представлено в виде интервала значений 2-50. В совокупности, указанные отличия, имеющие причинно-следственные связи с заявленным техническим результатом, позволяют утверждать о соответствии настоящей полезной модели критерию «новизна».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
7
1. Патент РФ №2301048, МПК A61F 2/32, опуб. 20.06.2007 г., Бюл. №17.
2. Заявка на патент США №2007/0202061 А1, опуб. 30.08.2007 г. (прототип)
3. Журнал «Clay Minerals», v.40, p.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.