Наноконтейнер с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой

Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для размещения микроскопических доз различных веществ в рулоне наноконтейнера с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой с возможностью последующего постепенного высвобождения контейнированного материала в окружающую среду. Наноконтейнер с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой характеризуется тем, что он выполнен из галлаузита в виде многослойного рулона, поверхность внешней части которого образована из Si0₂, а поверхность канала представляет собой Al₂O₃. Расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,18×10^-9 до 2,5×10^-9 метра. Длина рулона располагается в диапазоне от 6×10^-8 до 9×10^-6 метра, а диаметр канала рулона находится в интервале значений от 5×10^-9 до 2,1×10^-7 метра. Число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона от 2 до 50, при этом канал упомянутого рулона вблизи первого торца снабжен сплошной пробкой, а вблизи второго торца снабжен перфорированной пробкой. Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в пролонгации времени высвобождения в окружающую внешнюю среду контейнированного в нем материала. 1 н.з. п. ф-лы, 5 ил. 3 табл.

Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулоне наноконтейнера, снабженного торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой, с возможностью последующего высвобождения контейнированного материала из устройства в окружающую его внешнюю среду.

Из уровня техники известен наноконтейнер [1], который используется для размещения в нем определенных составов. Эти составы предназначаются для ухода за коже и представляют собой как ординарные витамины, так и витаминные комплексы в виде соответствующих водных растворов. Рассматриваемый наноконтейнер выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nanotube) длиной от 1×10^-7 до 4×10 ^-5 метра, с внешним диаметром (поверхность которого состоит из Si0₂) трубочки (tubule) образующего наноконтейнер рулона, в интервале значений от 1×10^-8 до 5×10 ^-7 метра. При этом диаметр канала упомянутого рулона (поверхность которого представляет собой уже Al₂O₃) не превышает величины 2×10^-7 метра и, в основном, составляет размер порядка 4×10^-7 метра.

Недостатком устройства-аналога является небольшое (не превышающее 16 часов) время высвобождения (release) упомянутого состава из канала рулона в окружающую устройство-аналог внешнюю среду.

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 ^-9 до 2,5×10^-9 метра, причем поверхность упомянутого рулона образована Si0₂, а поверхность его канала - из Al₂O₃. Длина наноконтейнера-прототипа лежит в пределах от 6×10^-8 до 9×10^-6 метра, а диаметр канала (диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки) соответствует интервалу значений от 5×10 ^-9 до 2,1×10^-7 метра. Рассматриваемый наноконтейнер-прототип также характеризуется определенным 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 перспективного средства для контейнирования микроскопических доз материалов, обеспечивающее его последующее длительное высвобождению в окружающую среду.

Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в пролонгации времени высвобождения контейнированного в нем материала в окружающую внешнюю среду.

Заявленный технический результат достигается тем, что наноконтейнер с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой выполнен в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из Si0₂, а поверхность канала представляет собой Al₂O₃, при этом расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,18×10 ^-9 до 2,5×10^-9 метра, длина рулона располагается в диапазоне от 6×10^-8 до 9×10^-6 метра, диаметр канала находится в интервале от 5×10 ^-9 до 2,1×10^-7 метра, а число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона 2-50, при этом канал упомянутого рулона вблизи первого торца снабжен сплошной пробкой, а вблизи второго торца снабжен перфорированной пробкой.

Полезная модель иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 условно представлено продольное сечение наноконтейнера до размещения в его канале сплошной и перфорированной пробок; на Фиг.2 условно представлено продольное сечение наноконтейнера с размещенной вблизи первого торца сплошной пробкой; на Фиг.3 условно изображено продольное сечение наноконтейнера с размещенной вблизи первого торца сплошной пробкой и размещенной вблизи второго торца перфорированной пробкой; на Фиг.4 схематично представлен внешний вид рулона со стороны первого торца; на Фиг.5 схематично изображен внешний вид рулона со стороны второго торца.

Перечень позиций.

1. Рулон (трубчатая многослойная оболочка).

11. Канал рулона.

12. Диаметр канала рулона.

13. Длина рулона.

14. Расстояние между слоями рулона.

2. Сплошная пробка.

3. Перфорированная пробка.

Рулоны заявленного устройство 1(Фиг.1-Фиг.5), как и наноконтейнер-прототип, производились из минерального глинистого сырья (halloysite) путем первоначального грубого дробления галлаузита на куски, дальнейшего размалывания этих кусков в тонкий помол и последующей промывки рулонов 1(Фиг.1) в протоке жидкости, например, воды ([3] и [4]).

Используя методы и приемы, известные из работы [5], приготавливали навески, затем осуществляя их сортировку по геометрическим параметрам.

В качестве упомянутых параметров использовали, диаметр (от 5×10^-9 до 2,1×10^-7 метра) канала рулона 12(Фиг.1), длину (от 6×10^-8 до 9×10^-6 метра) рулона 13(Фиг.3), расстояние (от 0,18×10^-9 до 2,5×10^-9 метра) между слоями рулона 14(Фиг.1), а также число слоев (значение этого параметра заключено в интервале от 2 до 50 слоев) в рулоне 1(Фиг.1).

Пример 1

Для первого примера было использовано 5×10^-3 Кг рулонов 1(Фиг.1), причем длина рулона 13(Фиг.1) составляла 5×10^-7 метра, расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 0,18×10 ^-9 метра, а диаметр канала рулона был 5×10^-9 метра. Оболочка рулонов 1(Фиг.1-Фиг.5) образована 25 слоями.

В качестве контейнируемого материала для заполнения каналов рулона 11(Фиг.1) использовали benzotriazole (функционально характеризующийся как антикоррозионный ингибитор).

Вначале 20 мл воды с рН7, нагретой до температуры 293,15 К при атмосферном давлении 101300 Па и относительной влажности 70% помещали в ультразвуковую ванну. Туда же последовательно засыпали 5×10^-3 Кг рулонов 1(Фиг.1) и 3,2×10 ^-3 Кг фуллеренов с размерами около 4,5×10^-9 метра. Затем включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту смеси (поиск производился в интервале частот от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [6].

В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом ранее источнике информации [6], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 21 минуты ультразвукового воздействия на выявленной резонансной частоте на находящуюся в ультразвуковой ванне смесь (21 минута - это экспериментально установленное время гарантированной закупорки фуллереном торца рулона 1(Фиг.2) в указанных условиях) обработку прекращали.

Извлекали содержимое ультразвуковой ванны и ополаскивали в течение 45 секунд в протоке воды с рН6,8 (расход которой составлял 1,7 л/мин, а температура имела значение 293,15 К). После этого извлеченные рулоны 1(Фиг.2), один из торцов которых был снабжен сплошной пробкой 2(Фиг.2) из фуллерена, подвергались вакуумной сушке при давлении 550 Па в течение 10 минут.

Затем 22 мл 5% раствора benzotriazole в ацетоне помещали в ультразвуковую ванну при температуре 288 К, атмосферном давлении 101325 Па и относительной влажности воздуха 70%. В раствор benzotriazole в ацетоне добавляли высушенные посредством вакуума рулоны 1(Фиг.2). После этого в смесь засыпали 3,1×10^-3 Кг коротких углеродных нанотрубок [7] с диаметром, не превышающем значение 4,8×10^-9 метра.

Снова включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту образовавшейся смеси (поиск производился в интервале частот от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [6].

В соответствии с рекомендациями, изложенными в источнике информации [6], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 14 минут ультразвукового воздействия на выявленной резонансной частоте на находящуюся в ультразвуковой ванне смесь (14 минут - это экспериментально установленное время гарантированной закупорки короткой углеродной нанотрубкой 3(Фиг.3) второго торца рулона 1(Фиг.3) при выбранных условиях) ультразвуковую обработку завершали.

Извлекали содержимое ультразвуковой ванны и ополаскивали в течение 2 минут в протоке воды с рН7 (расход которой составлял 3,3 л/мин, а температура имела значение 293,15 К). После этого извлеченные рулоны 1(Фиг.3) помешали в 15 мл воды с рН6,8 и температурой 303 К, где и происходило постепенное высвобождение benzotriazole из наноконтейнеров с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой во внешнюю водную среду.

Контроль динамики возрастания концентрации benzotriazole во внешней водной среде велся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.

Результаты сравнительного с устройством-прототипом измерения динамики выделения вещества benzotriazole из предлагаемого устройства в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 1.

Таблица 1
Количество освобожденного в воду benzotriazole, (%)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Время освобождения benzotriazole (часы) из устройства-прототипа		0,8	1,5	3,0	7,3	14,7	27,4	44,7	68,2	89,5	-
Время освобождения benzotriazole (часы) из предлагаемого наноконтейнера		32	79	131	188	240	295	353	406	447	-

Как следует из Таблицы 1, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) существенное увеличение времени выделения benzotriazole.

Пример 2

Для второго примера было использовано 5,8×10^-3 Кг рулонов 1(Фиг.1), причем длина рулона 13(Фиг.1) составляла 6×10 ^-8 метра, расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 2,5×10^-9 метра, а диаметр канала рулона равнялся 3×10^-8 метра. Оболочка рулонов 1(Фиг.1-Фиг.5) была образованы 2 слоями.

В качестве материала для заполнения канала рулона 11(Фиг.1), использовался инсулин (медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).

Первоначально 18 мл воды (рН6,6), нагретой до температуры 298 К при атмосферном давлении 101400 Па и относительной влажности 68%, помещали в ультразвуковую ванну. Туда же последовательно засыпали 5,8×10^-3 Кг рулонов 1(Фиг.1) и 3,0×10 ^-3 Кг фуллеренов с размерами около 2,7×10^-8 метра. Затем включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту смеси (поиск производился в интервале частот от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [6].

В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [6], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 20 минуты ультразвукового воздействия на выявленной резонансной частоте на находящуюся в ультразвуковой ванне смесь (20 минут - это экспериментально установленное время гарантированной закупорки фуллереном торца рулона 1(Фиг.2) при выбранных условиях) обработку прекращали.

Извлекали содержимое ультразвуковой ванны и ополаскивали в течение 40 секунд в протоке воды с рН7 (расход которой составлял 2,2 л/мин, а температура имела значение 298 К). После этого извлеченные рулоны 1(Фиг.2), один из торцов которых был снабжен сплошной пробкой 2(Фиг.2) из фуллерена, подвергались вакуумной сушке при давлении 600 Па в течение 12 минут.

Затем 25 мл 3% раствора инсулина в воде (рН6,7) помещали в ультразвуковую ванну при температуре 288 К, атмосферном давлении 101400 Па и относительной влажности воздуха 68%. В указанный раствор инсулина добавляли высушенные посредством вакуума рулоны 1(Фиг.2). После этого в смесь засыпали 2,8×10^-3 Кг коротких углеродных нанотрубок [7] с диаметром, не превышающем значение 2,9×10^-8 метра.

Снова включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту образовавшейся смеси (поиск производился в интервале частот от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [6].

В соответствии с рекомендациями, изложенными в источнике информации [6], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 15 минут ультразвукового воздействия на выявленной резонансной частоте на находящуюся в ультразвуковой ванне смесь (15 минут - это экспериментально установленное время гарантированной закупорки короткой углеродной нанотрубкой 3(Фиг.3) второго торца рулона 1(Фиг.3) при выбранных условиях) ультразвуковую обработку завершали.

Извлекали содержимое ультразвуковой ванны и ополаскивали в течение 2,5 минут в протоке воды с рН6,8 (расход которой составлял 3,0 л/мин, а температура имела значение 298 К). После этого извлеченные рулоны 1(Фиг.3) помешали в 18 мл воды с рН7 и температурой 298 К, где и происходило постепенное высвобождение инсулина из наноконтейнеров с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой во внешнюю водную среду.

Контроль динамики возрастания концентрации инсулина во внешней (по отношению к предлагаемому наноконтейнеру) водной среде велся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.

Результаты сравнительного с устройством-прототипом измерения динамики выделения инсулина из предлагаемого устройства в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 2.

Таблица 2
Количество освобожденного в воду инсулина, (%)	10	20	30	40	55	65	75	85	95	100
Время выделения инсулина (часы) из устройства-прототипа		14	25	46	70	112	143	164	176	181	-
Время выделения инсулина (часы) из предлагаемого наноконтейнера		81	175	211	278	340	412	490	562	616	-

Как следует из Таблицы 2, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) существенное увеличение времени выделения инсулина.

Пример 3

Для третьего примера было использовано 4,6×10^-3 Кг рулонов 1(Фиг.1), причем длина рулона 13(Фиг.1) составляла 9×10 ^-6 метра, расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 1,1×10^-9 метра, а диаметр канала рулона равнялся 2,1×10^-7 метра. Оболочка рулонов 1 (Фиг.1-Фиг.5) образована 50 слоями.

В качестве контейнируемого материала для заполнения канала рулона 11(Фиг.1) использовалась каталаза (относящаяся к белкам-энзимам).

Первоначально 24 мл воды (рН6,8), нагретой до температуры 283 К при атмосферном давлении 98050 Па и относительной влажности 50%, помещали в ультразвуковую ванну. Туда же последовательно засыпали 4,6×10^-3 Кг рулонов 1(Фиг.1) и 2,5×10^-3 Кг фуллеренов с размерами около 2×10^-7 метра. Затем включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту смеси (поиск производился в интервале частот от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [6].

В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [6], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 23 минуты ультразвукового воздействия на выявленной резонансной частоте на находящуюся в ультразвуковой ванне смесь (23 минуты - это экспериментально установленное время гарантированной закупорки фуллереном торца рулона 1(Фиг.2) при выбранных условиях) обработку останавливали.

Извлекали содержимое ультразвуковой ванны и ополаскивали в течение 1 минуты в протоке воды с рН6,8 (расход которой составлял 1,4 л/мин, а температура имела значение 283 К). После этого извлеченные рулоны 1(Фиг.2), один из торцов которых был снабжен сплошной пробкой 2(Фиг.2) из фуллерена, подвергались вакуумной сушке при давлении 110 Па в течение 8 минут.

Затем 26 мл каталазы помещали в ультразвуковую ванну при температуре 283 К, атмосферном давлении 101320 Па и относительной влажности воздуха 50%. В каталазу добавляли высушенные посредством вакуума рулоны 1(Фиг.2). После этого в смесь засыпали 3,5×10 ^-3 Кг коротких углеродных нанотрубок [7] с диаметром, не превышающем значения 2×10^-7 метра.

Снова включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту образовавшейся смеси (поиск производился в интервале частот от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [6].

В соответствии с рекомендациями, изложенными в источнике информации [6], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 17 минут ультразвукового воздействия на выявленной резонансной частоте на находящуюся в ультразвуковой ванне смесь (17 минут - это экспериментально установленное время гарантированной закупорки короткой углеродной нанотрубкой 3(Фиг.3) второго торца рулона 1(Фиг.3) при выбранных условиях) ультразвуковую обработку прекращали.

Извлекали содержимое ультразвуковой ванны и ополаскивали в течение 4,5 минут в протоке воды с рН7 (расход которой составлял 2,0 л/мин, а температура имела значение 293 К). После этого извлеченные рулоны 1(Фиг.3) помешали в 21 мл воды с рН6,8 и температурой 293 К, где и происходило высвобождение каталазы из наноконтейнеров с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой во внешнюю среду.

Контроль динамики возрастания концентрации каталазы во внешней (по отношению к предлагаемому наноконтейнеру) водной среде велся посредством UV-фотометрии с использованием прибора Agilent-8453 (UV-спектрофотометра), обладающего точностью 1%.

Результаты сравнительного с устройством-прототипом измерения изменения динамики выделения каталазы из предлагаемого устройства в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 3.

Таблица 3
Количество освобожденной в воду каталазы, (%)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Время выделения каталазы (часы) из устройства-прототипа		15	27	39	50	67	85	96	122	132	-
Время выделения каталазы (часы) из предлагаемого аноконтейнера		81	165	221	298	355	431	496	564	616	-

Как следует из Таблицы 3, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) существенное увеличение времени выделения каталазы.

Полученные данные, представленные в Таблицах 1-3, 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 2309118, МПК: C01B 31/02, «Короткие углеродные нанотрубки», опуб. 27.10.2007 г.

Наноконтейнер с торцевой заглушкой и перфорированной торцевой заглушкой, характеризующийся тем, что он выполнен в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO₂ , а поверхность канала представляет собой Al₂O ₃, при этом расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,1810^-9 до 2,510^-9 м, длина рулона располагается в диапазоне от 610^-8 до 910^-6 м, диаметр канала находится в интервале от 510^-9 до 2,110^-7 м, а число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона от 2 до 50, при этом канал упомянутого рулона вблизи первого торца снабжен сплошной пробкой, а вблизи второго торца снабжен перфорированной пробкой.