Сорбционный материал с бактерицидными свойствами на основе оксида алюминия

Сорбционный материал с бактерицидными свойствами на основе оксида алюминия

Реферат

Изобретение относится к области пористых материалов, адсорбентов, в том числе и для медицинского назначения, как эффективных средств для гемо-, энтеро-, вульнеросорбции, косметологии, ветеринарии, для решения экологических задач. Направление, связанное с использованием сорбентов в качестве носителей для ферментов, клеток, биологически активных веществ, антибиотиков, лекарственных препаратов, соединений серебра, приобретает все большее внимание со стороны исследователей. В последнее время интерес к соединениям серебра как бактерицидным и вирулицидным препаратам значительно возрос. Актуальным является создание сорбционного материала с закрепленным на его поверхности соединением серебра, возможностью его пролонгированного выхода с поверхности с целью доставки в нужном направлении. Для этих целей необходим сорбент с подходящей структурой и поверхностью.

Известны углеродминеральные сорбенты [1], обладающие более высокими адсорбционными свойствами по сравнению с оксидом алюминия, который сам по себе является широко использующимся сорбционным материалом. Присутствие углеродной компоненты, например в сорбенте медицинского назначения СУМС-1, существенно меняет свойства оксида алюминия благодаря изменению химических свойств поверхности, которая из полярной становится гидрофильно-гидрофобной, наиболее подходящей для закрепления на ее поверхности различных биологически активных веществ. Так, известны патенты, где описано эффективное использование СУМС-1 с нанесенным на его поверхность метронидазолом в лечении гнойно-воспалительных заболеваний женской половой сферы [2]. Известно сочетанное использование при воспалительных гинекологических заболеваниях сорбента СУМС-1 с бифидопрепаратами для восстановления биоценоза, угнетения патогенной флоры. Препараты применяются последовательно [3]. Однако модифицирование оксида алюминия при получении углеродминерального сорбента достигается путем нанесения высоко конденсированного кокса, что обычно достигается нанесением углерода путем пиролиза углеводородов из газовой фазы и далее путем длительной активационной обработки водяным паром при температурах до 800°С. Процессы такого рода энергоемки и дорогостоящи.

В работе [4] используется сорбент Энтеросгель, смешанный с бифидумбактерином, которые вводятся интравагинально с целью профилактики гнойно-воспалительных гинекологических осложнений, вызванных патогенной флорой. По существу вводится раствор-гель.

Известен материал с бактерицидными свойствами, который в качестве модифицирующего компонента содержит комплекс серебра с поливинилпирролидоном при содержании серебра в материале 0,07-0,48 мас.% (RU N 2146127 от 10.03.2000 г.). Недостатком известного материала является низкая скорость выхода серебра из матрицы при ее использовании.

Наиболее близким по свойствам является сорбент с улучшенными органолептическими свойствами (сорбент от бежевого до коричневатого цвета) на основе оксида алюминия, модифицированного кремнийорганическим полимером - полиметилсилоксаном, с нанесенным комплексом серебра [5]. Гидрофильно-гидрофобная природа химической поверхности формируется за счет модифицирования поверхности оксида полиметилсилоксаном. Бактерицидные и вирулицидные свойства сорбента обеспечиваются комлексом серебра. Такой сорбент-пудра используется в косметологии [6]. Недостатком такого сорбента является жесткое закрепление комплекса серебра на поверхности, невозможность его пролонгированного выхода, а также технологическая сложность получения сорбента, связанная с использованием органических растворителей и достаточно высоких температур - до 250°С.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение сорбента с высоким бактерицидным эффектом при хорошей кинетике выхода серебра из матрицы носителя при его использовании. Это сорбент на основе оксида алюминия, модифицированного полимерным материалом поливинилпирролидоном, известным и разрешенным к использованию в медицине, с встроенными в его структуру кластерами серебра, по существу это высокомолекулярное комплексное соединение серебра. Лиганд - поливинилпирролидон стабилизирует кластеры серебра и одновременно, наряду с оксидом алюминия, создает за счет своего химического состава мозаику гидрофильных и гидрофобных центров разной природы, распределенных в мезо-, макропористом пространстве. Технология получения такова, что с поверхности сорбента комплекс серебра частично выходит в объем, обеспечивая бактерицидное действие не только в местах контакта сорбента с биологической тканью, но и в объеме. Сорбент, благодаря развитой структуре пор с радиусами 100-10000 А и высокой поверхности до 250 м²/г, одновременно на своей поверхности связывает токсины, микробные клетки, продукты распада, которые далее выводятся из организма. Достоинством сорбента являются технологичность его получения, низкие температуры получения - 50-100°С, исключение из процесса органических растворителей, обеспечение стабильности рН среды благодаря антацидным свойствам матрицы и поливинилпирролидона. Величина рН составляет 5-7,5, что является благоприятным условием, например, для использования при вульнеросорбции при лечении больных в гинекологии [7, 8].

Поставленная задача решается модифицированием поверхности оксида алюминия - водным комплексом серебра с поливинилпирролидоном (ПВП). Методика нанесения комплекса серебра включает пропитку матрицы по влагоемкости водным раствором комплекса серебра с поливинилпирролидоном с последующей сушкой.

При получении серебросодержащего сорбента учитывался тот факт, что поверхность сорбента должна содержать как достаточно прочно связанный комплекс, так и комплекс, легко десорбирующийся с поверхности в объем. Прочно связанный комплекс обусловливает быструю гибель инфекционного агента, который адсорбировался на поверхности сорбента, поскольку поверхностная концентрация серебра значительно больше, чем в объеме. Комплекс серебра, который десорбировался с поверхности матрицы в объем, благодаря диффузии быстро достигает поверхности кожи и слизистой, проникает глубже в их приповерхностные слои, что обусловливает инактивацию возбудителя как в объеме, так и на поверхности кожи и слизистых и в приповерхностных слоях, тем самым обеспечивая противовоспалительное действие препарата. После нанесения комплекса сорбент высушивают. При повышенных температурах (80-100°С) время сушки уменьшается, но при этом возрастает доля прочно связанного комплекса и могут идти процессы частичного разложения комплекса серебра с образованием более крупных агрегатов и агломератов серебра по сравнению с кластерами серебра в исходном комплексе. При пониженных температурах (ниже 50°С) процесс сушки удлиняется, комплекс серебра претерпевает в меньшей степени изменения и менее прочно связывается с поверхностью, то есть большая его доля выходит в раствор. Оптимальный режим сушки 50-70°С. После пропитки матрицы разного гранулометрического состава (сферические гранулы с размером гранул 0,2-6 мм, цилиндрические неполные гранулы с диаметром до 3 мм и разной длиной), соответствующей температурной обработки сорбент представляет собой гранулы от светло-бежевого, светло-коричневатого до сероватого цвета с удельной поверхностью до 250 м²/г, с объемом пор до 0,4 см³/г с преимущественным размером пор 100-1000 А и 1000-10000 А. Модифицирующий агент - комплекс серебра с поливинилпирролидоном, содержание серебра от 0,05 до 0,3 вес.%. Эта концентрация является достаточной для обеспечения антимикробных характеристик сорбента. Более высокая концентрация приводит к удорожанию препарата и к неэффективному использованию серебра. Более низкие концентрации в случаях очень большой бактериальной обсемененности могут быть недостаточно эффективны.

Поверхность модифицированной комплексом серебра с поливинилпирролидоном матрицы - оксида алюминия с мезо-, макропористой структурой содержит мозаику гидрофильных участков и гидрофобных участков за счет оксида алюминия и модификатора, что создает условия для многоточечного связывания биологических соединений, средне- и высокомолекулярных структур. При этом модификатор взаимодействует с разными по силе кислотными и основными центрами оксида алюминия, наиболее сильные кислотные и основные центры матрицы в первую очередь связываются, что обусловливает биосовместимость поверхности сорбента с биологическими тканями.

Для оценки антимикробного действия полученных образцов серебросодержащих сорбентов использовали одну из типовых стандартных культур микроорганизмов, рекомендованных Госфармакопеей РФ для определения антимикробного действия препаратов - Escherichia coli ATCC 25922 (F-50). Известно, что Escherichia coli является типичным представителем объектов санитарной среды.

В опыте использовали питательную среду №3, которую засевали суспензией 20-часовой агаровой культуры E.coli. Засеянную среду разливали во флаконы по 20 мл и вносили из расчета по 1 мг/мл исследуемых серебросодержащих сорбентов с различным содержанием серебра. Все варианты опыта - в 2-х параллельных повторах. Через 20 часов инкубации при 37°С из 2-х параллельных флаконов готовили среднюю пробу, из которой делали ряд 10-кратных разведений (10⁰-10^-7) и рассевали их на чашках Петри с питательным агаром. Через 24-48 часов производили подсчет выросших колоний; результат рассчитывали как среднеарифметическое из 2-3-х последовательных разведений, поддающихся учету. Результаты представлены в примерах (таблица 1) и таблице 2.

Кроме того, исследовали животных - крыс (самок) в экспериментальных условиях метроэндометрита, вызванного введением под слизистую оболочку влагалища культуры золотистого стафилококка (St.aureus). Животных забивали на 5-е, 15-е и 25-е сутки от момента заражения, что соответствовало 1-й, 2-й и 3-й фазе воспалительного процесса.

Лечение начинали на следующий день после заражения и проводили в течение 3-х дней. Были сформированы следующие группы, различающиеся по способу терапии: 1) интактный контроль; 2) «модель» - крысам моделировали воспалительную реакцию, лечения не проводили; 3) «плацебо» - животным во влагалище вводился марлевый тампон; 4) «сорбент» - животным во влагалище вводился марлевый тампон с серебросодержащим сорбентом.

Местная сорбционная терапия серебросодержащими сорбентами показала свою эффективность в лечении воспалительных процессов за счет удаления продуктов клеточного распада, бактерий, токсинов из очага воспаления, разгрузки регионального лимфатического русла и усиления реакций местного иммунитета.

Об эффективности использования серебросодержащих сорбентов судили по исследованию влагалищного мазка, при этом определяли наличие и состав микрофлоры, слизи (таблица 3).

Использование ингредиентов в запредельных концентрациях для модифицирования поверхности нецелесообразно. Так, уменьшение содержания серебра ниже нижнего предела приводит к ухудшению бактерицидных характеристик сорбента (таблица 3). Увеличение концентрации серебра свыше 0,3 вес.% существенно не улучшает характеристики сорбента, что свидетельствует, вероятно, об увеличении размеров фрагментов модификаторов в пористом пространстве, сорбент при этом удорожается.

Увеличение температуры термообработки выше 100°С ведет к увеличению восстановленной формы серебра. Восстановленная форма серебра в меньшей степени переходит в раствор. Уменьшение температуры ниже нижнего предела увеличивает время термообработки, что удорожает процесс.

Предлагаемый сорбент может быть использован в качестве энтеросорбента, аппликационного материала в медицине, в частности для гинекологии. Ввиду своих улучшенных бактерицидных характеристик он может быть использован как составная часть сложных медицинских изделий, например, аппликационных стерильных салфеток, косметологических средств для устранения дефектов кожи, как основа для лечебных кремов.

Технология получения позволяет получить бактерицидный сорбент, обеспечивающий пролонгированность выхода комплекса серебра с поверхности сорбента в объем, о чем судили по спектрофотометрическому исследованию растворов - водных вытяжек с сорбента. Детоксицирующие свойства сорбентов оценивали по адсорбционной активности в отношении маркера - красителя метиленового синего. Для получения сорбента использовали оксид алюминия разного гранулометрического состава.

Сущность предполагаемого технического решения иллюстрируется примерами и таблицами.

Пример 1.

Сорбент коричневатого цвета, представляющий собой сферический оксид алюминия, с размером гранул 0,2-1 мм, модифицированный серебросодержащим поливинилпирролидоновым комплексом с содержанием серебра в количестве 0,3 вес.%, высушенный при 50°С, имеет величину удельной поверхности 220 м³/г, объем мезо-, макропор с преимущественным радиусом 100-10000 А - 0,33 см³/г. Водная вытяжка с сорбента имеет величину рН, равную 5,75. Адсорбционная активность по красителю метиленовому синему 14,2 мг/г сорбента. Выдерживание сорбента с культурами клеток патогенной флоры E-Coli с исходной концентрацией 4×10² (КОЕ/мл) при условиях, описанных выше, показало отсутствие патогенной флоры. Анализ влагалищных мазков экспериментальных крыс показал отсутствие микрофлоры и слизи.

Пример 2.

Сорбент бежевого цвета, представляющий собой сферический оксид алюминия, с размером гранул 0,4-2 мм, модифицированный серебросодержащим поливинилпирролидоновым комплексом с содержанием серебра в количестве 0,15 вес.%, высушенный при 70°С, имеет величину удельной поверхности 200 м²/г, объем мезо-, макропор с преимущественным радиусом 100-10000 А - 0,30 см³/г. Водная вытяжка с сорбента имеет величину рН, равную 6,5. Адсорбционная активность по красителю метиленовому синему 11,3 мг/г сорбента. Выдерживание сорбента с культурами клеток патогенной флоры E-Coli с исходной концентрацией 4×10² (КОЕ/мл) при условиях, описанных выше, показало отсутствие патогенной флоры. Анализ влагалищных мазков экспериментальных крыс показал отсутствие микрофлоры и слизи.

Пример 3.

Сорбент бежевого цвета, представляющий собой сферический оксид алюминия, с размером цилиндрической формы гранул диаметром 2-3 мм и длиной 15 мм, модифицированный серебросодержащим поливинилпирролидоновым комплексом с содержанием серебра в количестве 0,1 вес.%, высушенный при 70°С, имеет величину удельной поверхности 150 м²/г, объем мезо-, макропор с преимущественным радиусом 100-10000 А - 0,3 см³/г. Водная вытяжка с сорбента имеет величину рН, равную 7,0. Адсорбционная активность по красителю метиленовому синему 10,5 мг/г сорбента. Выдерживание сорбента с культурами клеток патогенной флоры E-Coli с исходной концентрацией 4×10² (КОЕ/мл) при условиях, описанных выше, показало отсутствие клеток патогенной флоры. Анализ влагалищных мазков экспериментальных крыс показал отсутствие микрофлоры и слизи.

Пример 4.

Сорбент бежевого, с оттенком сероватого, цвета, представляющий собой сферический оксид алюминия, с размером гранул 5-6 мм, модифицированный поливинилпирролидоновым комплексом с содержанием серебра в количестве 0,05 вес.%, высушенный при 100°С, имеет величину удельной поверхности 180 м²/г, объем мезо-, макропор с преимущественным радиусом 100-10000 А - 0,25 см³/г. Водная вытяжка с сорбента имеет величину рН, равную 7,5. Адсорбционная активность по красителю метиленовому синему 10,1 мг/г сорбента. Выдерживание сорбента с культурами клеток патогенной флоры E-Coli с исходной концентрацией 4×10² (КОЕ/мл) при условиях, описанных выше, показало отсутствие клеток патогенной флоры. Анализ влагалищных мазков экспериментальных крыс показал отсутствие микрофлоры и слизи.

Пример 5 (запредельный).

Сорбент бежевого, с оттенком сероватого, цвета, представляющий собой сферический оксид алюминия с диаметром гранул 0,1-1 мм, модифицированный поливинилпирролидоновым комплексом серебра с содержанием последнего в количестве 0,03 вес.%, высушенный при 110°С, имеет величину удельной поверхности 250 м²/г, объем мезо-, макропор радиусом до 1000 А - 0,4 см³/г. Водная вытяжка с сорбента имеет величину рН, равную 8,0. Адсорбционная активность по красителю метиленовому синему 8,7 мг/г сорбента. Выдерживание сорбента с культурами клеток патогенной флоры E-Coli с исходной концентрацией 4×10² (КОЕ/мл) при условиях, описанных выше, показало присутствие микробных клеток в количестве 2,2×10³. Анализ влагалищных мазков экспериментальных крыс показал присутствие единичных кокков и отсутствие слизи.

Полученные характеристики серебросодержащих сорбентов представлены в таблицах 1-3.

Таблица 1.Характеристики серебросодержащих сорбентов по примерам 1-5. Обозначения: S - удельная поверхность, м2/г, V - объем пор, см3/г, МС - метиленовый синий.
Пример	Температура прокалки, °С	S, м2/г	Vпор, см3/г	Содержание серебра, % вес.	Адсорбция МС, мг/г	Величина рН
1.	50	220	0,33	0,3	14,2	5,75
2.	70	200	0,30	0,15	11,3	6,5
3.	70	150	0,30	0,10	10,3	7,0
4.	100	180	0,25	0,05	10,1	7,5
5.(запред.)	110	250	0,40	0,03	8,7	8,0

Таблица 2Сравнение антимикробной активности серебросодержащих сорбентов (инкубация 20 часов) Обозначение: отс. - отсутствует
Примеры	Исходная концентрация E-Coli, КОЕ/мл	Концентрация клеток E-Coli (КОЕ/мл) при различном содержании серебра в сорбенте, вес. %:
		0	0,03	0,05	0,1	0,15	0,3
Контроль питательной среды N3	4×102	9,9×108
Пример 1	4×102						отс.
Пример 2	4×102					отс.
Пример 3	4×102				отс.
Пример 4	4×102			отс.
Пример 5	4×102		2,2×103
ТАБЛИЦА 3Результаты цитологического исследования влагалищных мазков
Параметры	Группа животных
Интактные	Модель	Плацебо	Сорбент Ag-0,03%	Сорбент Ag-0,05%	Сорбент, Ag-0,15%
3-и сутки
Микрофлора	Кокки-бациллярныеединичные	Коккиобильно	Коккиобильно	Коккиединичные	0	0
Слизь	0	+	+	+	0	0
	9-е сутки
Микрофлора	Кокки-бацилляр.единич.	Коккиобильно	Коккиобильно	Коккиединичные	0	0
Слизь	0	+	+	0	0	0
24-е сутки
Микрофлора	Кокки-бацилляр.единич.	Коккиобильно	Коккиобильно	0	0	0
Слизь	0	+	+	0	0	0
Обозначения: + наличие слизи в мазках
0 - отсутствие слизи в мазках

На основании данных по серебросодержащим сорбентам, представленных в примерах и таблицах 1-3, можно сказать, что серебросодержащие сорбенты на минеральной матрице с развитой пористой структурой являются перспективными сорбционными материалами, сочетающими детоксицирующие свойства сорбентов с высокими бактерицидными свойствами, обусловленными модификатором - поливинилпироллидоновым комплексом серебра, распределенным в пористом пространстве матрицы - оксида алюминия. Следует заметить, что адсорбционная активность по отношению к красителю метиленовому синему не уступает углеродминеральным сорбентам.

Источники информации

1. Рачковская Л.Н., Бурылин С.Ю. и др. Пористый сорбент на основе оксида алюминия. Патент РФ 2026733, Бюл. N 2, 1995.

2. Маринкин И.Г., Ершов В.Н. и др. Аппликационно-сорбционный способ лечения острых неспецифических метроэндометритов. Патент РФ 2121842. - Бюл - N 32. - 1998.

3. Дергачева Т.И., Анастасьева В.Г. и др. Способ лечения воспалительных заболеваний женских половых органов в репродуктивном возрасте. Патент РФ N 2127595. - Бюл - N 8. - 1999.

4. Картверишвили К.З. Способ профилактики гнойно-воспалительных осложнений. Патент РФ N 2173153. - Бюл. N 25. - 2001.

5. Рачковская Л.Н., Асташова Т.А. и др. Использование сорбентов в лечебной косметологии // Природные минералы на службе человека: Материалы международной научно-практической конференции. - Новосибирск. - 1997. - С.177-179.

6. Бородин Ю.И., Рачковская Л.Н., Бурмистров В.А. и др. Использование серебросодержащих композиций в лечебной косметологии, медицине // Применение препаратов серебра в медицине: Материалы научно-практической конференции «Новые химические системы и процессы в медицине». - Новосибирск. - 2001. - С.25-30.

7. Ващенкова Н.А., Лазарева Е.В. и др. Антимикробное или радиосенсибилизирующее средство. Патент РФ N 2029548. - Бюл. N 6. - 1995.

8. Р.Дж.Боргман. Композиция для лечения вагинита и способ лечения. Патент РФ N 2032402. Бюл. N 10. - 1995.

Сорбционный материал с бактерицидными свойствами на основе оксида алюминия с мезо-, макропористой структурой и модифицирующего компонента, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего компонента используют комплекс серебра с поливинилпирролидоном при содержании серебра в конечном продукте - сорбционном материале 0,05-0,3 вес.%.