Наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью (варианты)
Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулоне наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью, обеспечивающего возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала в окружающую внешнюю среду. Предлагается наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью, характеризующийся тем, что он выполнен в виде трубчатой многослойной оболочки-рулона. Поверхность внешней части упомянутого рулона образована из SiO2, а поверхность канала представляет собой Аl2O3, 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, 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 значение диапазона 2-50, причем канал рулона вблизи торцов заглушен пробками. В первом варианте воплощения устройства поверхность наноконтейнера полностью маскирована отличным от диоксида кремния материалом. Во втором варианте воплощения устройства отличным от диоксида кремния маскирован один из торцов рулона, или отличным от диоксида кремния маскированы оба торца рулона, или отличным от диоксида кремния маскирована поверхность SiO2 внешней части рулона, или отличным от диоксида кремния маскирована поверхность SiO2 внешней части рулона и один из его торцов, или отличным от диоксида кремния маскирована поверхность SiO 2 внешней части рулона и оба его торца, причем торец рулона маскируют в интервале значений от 10-3 до 98%, а поверхность SiO2 внешней части рулона маскируют отличным от SiO 2 материалом в интервале значений от 10-8 до 98%. Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в пролонгации времени высвобождения в окружающую внешнюю среду контейнированного в нем материала. 2 н.з. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил., 6 табл.
Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулона наноконтейнера, снабженного двумя торцевыми заглушками, который обеспечивает возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала из канала рулона в окружающую наноконтейнер внешнюю среду.
Из уровня техники известен наноконтейнер [1], который предназначается для размещения в нем косметических составов. Эти контейнируемые косметические составы используются для ухода за кожей и представляют собой как ординарные витамины, так и витаминные комплексы в виде соответствующих растворов на водной основе. Упомянутый наноконтейнер выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nanotube) длиной от 1×10-7 до 4×10-5 метра, обладающего внешним диаметром (поверхность которого образована SiO2 ) 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 Аl2O3) не превышает величины 2×10-7 метра и, в основном, составляет размер порядка 4×10-7 метра.
Недостатком аналога является небольшое (не превышающее 16 часов) время высвобождения (release) упомянутого контейнированного состава из канала рулона рассматриваемого наноконтейнера в окружающую его 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 SiO 2, а поверхность его канала представляет собой Al2 O3. Длина наноконтейнера-прототипа лежит в пределах от 6×10-8 до 9×10-6 метра, а диаметр канала (т.е. диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки в виде рулона) соответствует интервалу значений в пределах от 5×10-9 до 2,1×10-7 метра. Рассматриваемый наноконтейнер-прототип характеризуется определенным числом слоев, находящимся в границах значений от 2 до 50.
Недостаток наноконтейнера-прототипа заключается в относительно малом (не превышающем двух сотен часов) времени высвобождения в окружающую его внешнюю среду контейнированного в канале рулона материала.
Задача, на решение которой направлено создание настоящего устройства, состоит в разработке средств для контейнирования микроскопических доз материалов, обладающих способностью обеспечивать постепенное высвобождение в окружающую внешнюю среду контейнированных материалов.
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 двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью характеризуется выполнением в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO2, 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, причем канал упомянутого рулона вблизи торцов снабжен пробками, а поверхность наноконтейнера полностью маскирована отличным от SiO2 материалом.
Заявленный технический результат также достигается тем, что наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью характеризуется выполнением в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO2, а поверхность канала представляет собой Al 2O3, 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, причем канал упомянутого рулона вблизи торцов снабжен пробками, а поверхность наноконтейнера частично маскирована отличным от SiO2 материалом.
Желательно, чтобы отличным от SiO2 материалом был маскирован один из торцов рулона.
Предпочтительно, чтобы отличным от SiO2 материалом были маскированы оба торца рулона.
Имеет значение, чтобы отличным от SiO2 материалом была маскирована поверхность SiO2 внешней части рулона.
Целесообразно, чтобы отличным от SiO2 материалом были маскированы поверхность SiO 2 внешней части рулона и один из его торцов.
Важно, чтобы отличным от SiO2 материалом были маскированы поверхность SiO2 внешней части рулона и оба его торца.
Уместно, чтобы отличным от SiO2 материалом торец рулона был маскирован в интервала значений от 10-3 % до 98%.
Выгодно, чтобы отличным от SiO2 материалом поверхность SiO2 внешней части рулона была маскирована в интервале значений от 10-8% до 98%.
Полезная модель иллюстрируется рисунками.
На Фиг.1 схематично представлено продольное сечение рулона предлагаемого устройства; на Фиг.2 схематично представлено сечение рулона наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками (вид сбоку); на Фиг.3 схематично представлено продольное сечение наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками, поверхность которого полностью маскирована отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.4 схематично представлено продольное сечение наноконтейнера с первой и второй торцевыми заглушками, первая торцевая заглушка которого маскирована отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.5 схематично представлено продольное сечение наноконтейнера с первой и второй торцевыми заглушками, вторая торцевая заглушка которого маскирована отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.6 схематично представлено продольное сечение наноконтейнера с первой и второй торцевыми заглушками, маскированными отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.7 схематично изображено продольное сечение наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками, поверхность рулона которого частично маскирована отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.8 схематично изображено продольное сечение наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками, поверхность рулона и первый торец которого маскированы отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.9 схематично изображено продольное сечение наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками, поверхность рулона и оба торца которого маскирована отличным от диоксида кремния материалом;
Перечень позиций.
1. Рулон (трубчатая оболочка).
11. Канал рулона.
12. Многослойная оболочка.
13. Диаметр канала рулона.
14. Диаметр рулона.
15. Длина рулона.
2. Торцевая заглушка.
21. Первая торцевая заглушка.
22. Вторая торцевая заглушка.
3. Полное маскирование поверхности наноконтейнера.
4. Частичное маскирование поверхности рулона материалом.
5. Маскирование торца материалом.
51. Зона маскирования первого торца материалом.
52. Зона маскирования второго торца материалом.
6. Комбинированное маскирование наноконтейнера материалом.
61. Зона маскирования поверхности рулона материалом.
62. Зона маскирования первого торца материалом.
63. Зона маскирования второго торца материалом.
Трубчатая многослойная оболочка (т.е. рулон) заявленного устройство 1 (Фиг.1-Фиг.9), равно как и наноконтейнер-прототип, производилась из минерального глинистого сырья (halloysite) путем первоначального грубого дробления галлуазита на куски, их 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 рулонов 1 (Фиг.1), затем осуществляя их сортировку по геометрическим параметрам. Сортировочными параметрами служили: расстояние (от 0,18×10-9 до 2,5×10-9 метра) между слоями рулона 12 (Фиг.1), диаметр (от 5×10 -9 до 2,1×10-7 метра) канала рулона 13 (Фиг.1) и длина (от 6×10-8 до 9×10-6 метра) рулона 15 (Фиг.1), а также число слоев в рулоне (интервал значений этого параметра находится в интервале значений от 2 до 50) трубчатой многослойной оболочки 1 (Фиг.1-Фиг.9). В качестве торцевой заглушки 21 (Фиг.2-Фиг.9) и торцевой заглушки 22 (Фиг.2-Фиг.9) могут быть применены пробки, например, из частиц карбида бора, кластеров коллоидного золота (Gold Nanoclasters), частиц молекулярного органозоля кремния [6], нанокристаллов диоксида титана, фуллеренов и т.п. наночастиц.
Пример 1.
В этом примере использовалось 3×10-3 Кг рулонов из галлуазита, причем длина рулона составляла 6×10-8 метра 15 (Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 0,18×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) составлял значение 5×10-9 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1 (Фиг.1) была образована 50 слоями. В качестве контейнируемого материала, используемого для заполнения канала рулона 11 (Фиг.1), применили benzotriazole (материал, функционально представляющий собой антикоррозионный ингибитор).
Вначале 11 мл 4% раствора benzotriazole в ацетоне помещали в ультразвуковую ванну при температуре 14°С, давлении 101325 Па и относительной влажности воздуха 58%. Затем туда же добавлялось 3×10-3 Кг рулонов 1 (Фиг.1) с вышеприведенными характеристиками. После этого в смесь вводили 2,9×10 -4 Кг фуллеренов с размером около 4,8×10-9 метра. Затем включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [7].
В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации [7], форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 46 минут (экспериментально установленное время гарантированной закупорки фуллеренами обоих торцов рулона 1 (Фиг.2), содержащего контейнированный материал, посредством ультразвуковой обработки на выявленной резонансной частоте), наноконтейнеры с первой 21 (Фиг.2) и второй 22 (Фиг.2) торцевыми заглушками (пробками в которых выступал фуллерен) извлекали и ополаскивали в течение 50 секунд в протоке воды с рН7 (расход которой составлял 5,5 л/мин, а температура имела значение 14°С).
Далее модифицировали подготовленные описанных выше способом наноконтейнеры путем полного маскирования поверхности каждого из рулонов 1 (Фиг.3) материалом глиадин. Это осуществлялось путем помещения упомянутых наноконтейнеров на 4 минуты в 12% спиртовой раствор глиадина.
После завершения обработки в глиадине, рулоны 1 (Фиг.3) с первой 21 (Фиг.3) и второй 22 (Фиг.3) торцевыми заглушками, каналы 11 (Фиг.1) которых были заполнены раствором benzotriazole, а поверхности рулона 1 (Фиг.3) вместе с обоими его торцами полностью маскированы 3 (Фиг.3) глиадином, извлекали, промывали в проточной воде с рН7 (расход которой составлял 5,1 л/мин, а температура была 18°С) в течение 45 секунд и помещали в другую емкость с водой (рН7), температуру которой поддерживали около 20°С.
В этой емкости происходило постепенное высвобождение контейнированного материала benzotriazole из наноконтейнеров, снабженных первой 21 (Фиг.3) и второй 22 (Фиг.3) торцевыми заглушками и поверхность которых была полностью маскирована материалом 3 (Фиг.3) глиадин. Контроль динамики возрастания концентрации benzotriazole во внешней среде, представляющей собой нагретую до 20°С воду с рН7 при атмосферном давлении 101325 Па, производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord M40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сопоставительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения вещества benzotriazole из предлагаемого наноконтейнера в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||||||
 | Временные точки контроля (час.) | 15 | 20 | 25 | 50 | 75 | 100 | 5000 | 10000 | 15000 |
| Количество освобожденного benzotriazole (%) из устройства-прототипа | | 50 | 57 | 62 | 74 | 86 | 95,5 | --- | | |
| Количество освобожденного benzotriazole (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и полным маскированием поверхности | | | | | | | --- | 0,7 | 49 | 95,2 |
Как следует из Таблицы 1, предложенное устройство обеспечивает относительно устройства-прототипа весьма существенное увеличение времени выделения контейнированного в нем материала.
Пример 2.
Во втором примере было использовано 2,8×10 -3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 9×10-6 метра 15 (Фиг.1), расстояние между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 2,5×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) составлял 2,1×10-7 метра. Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) была образована 2 слоями. В качестве контейнируемого материала, взятого для заполнения канала рулона 11 (Фиг.1), использовали инсулин (представляющий собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).
20 мл 35% раствора инсулина в воде (имеющей рН7) заливали в ультразвуковую ванну при температуре 22°С и нормальном атмосферном давлении 101325 Па. В указанный раствор добавляли 2,8×10-3 Кг рулонов 1 (Фиг.1) с вышеприведенными параметрами. В течение 3 минут воздействовали на образовавшийся состав ультразвуком с частотой 6 КГц. В результате канал каждого рулона 11 (Фиг.1) заполнялся контейнируемым материалом, т.е. 35% раствором инсулина в воде.
Затем в ультразвуковую ванну добавлялось 2,0×10-3 Кг порошка из нанокристаллов TiO2 с размерами частиц около 2,0×10-7 метра. 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 упомянутом источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 20 минут обработки указанного выше раствора ультразвуком на выявленной резонансной частоте (экспериментально выявленное время закупорки наночастицей TiO2 выбранного размера одного из торцов рулона 1 (Фиг.4)), трубчатые оболочки 1 (Фиг.4) с первой 21 (Фиг.4) торцевой заглушкой извлекали и ополаскивали в течение 15 секунд в проточной воде с показателем pH6, температурой воды около 19°С и расходом воды 1,5 л/мин.
Снова 20 мл 35% раствора инсулина в воде (имеющей рН7) заливали в ультразвуковую ванну при температуре 22°С и нормальном атмосферном давлении 101325 Па. В упомянутый раствор добавляли 2,5×10-3 Кг частиц молекулярного органозоля кремния с размерами частиц примерно 2,0×10 -7 метра. 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 19 минут обработки указанного выше раствора ультразвуком на выявленной резонансной частоте (экспериментально выявленное время закупорки наночастицей молекулярного органозоля кремния второго из торцов рулона 1 (Фиг.4)), трубчатые оболочки 1 (Фиг.4) с первой 21 (Фиг.4) и второй 22 (Фиг.4) торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 30 секунд в проточной воде с показателем рН6, температурой воды около 21°С и расходом воды 2,5 л/мин.
Далее в течение 2 минут методом окунания наноконтейнеров в каталазу производили модификацию его первой торцевой заглушки 21 (Фиг.4) упомянутой каталазой до значения 10-3% от доступной извне площади поверхности (т.е. осуществляли маскирование соприкасающейся с внешней средой поверхности первого торца рулона 1 (Фиг.4) в зоне 51 (Фиг.4) благодаря адсорбции каталазы на части поверхности первой торцевой заглушки 21 (Фиг.4), пробка которой выполнена из нанокристалла диоксида титана. В аналогичной последовательности может быть произведено маскирование в зоне 52 (Фиг.5) второго торца рулона 1 (Фиг.5) материалом, имеющим большое сродство к материалу пробки второй торцевой заглушки 22 (Фиг.5).
Затем извлеченные наноконтейнеры подвергали вакуумной сушке в течение 1,5 минут и давлении 1200 Па. После выполнения описанных выше операций, полученные рулоны 1 (Фиг.4-Фиг.5) были помещены в новую емкость с водой (рН6, 8), которую термостабилизировали при температуре 21°С. В этой емкости происходило постепенное высвобождение из наноконтейнеров, снабженных сразу двумя торцевыми заглушками (первой 21 (Фиг.4-Фиг.5) и второй 22 (Фиг.4-Фиг.5)), поверхности которых были частично маскированы каталазой (зона 51 (Фиг.4) и зона 52 (Фиг.5), контейнированного в них 35% раствора инсулина в воде во внешнюю среду.
Контроль динамики возрастания концентрации инсулина во внешней водной среде производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord M40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения инсулина из предлагаемого наноконтейнера в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 50 | 75 | 100 | 138 | 5000 | 10000 | 12000 |
| Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа | | 34 | 39 | 52 | 97 | --- | | |
| Количество освобожденного инсулина (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и маскированными торцами | | | | | --- | 1,1 | 60,7 | 95,2 |
Как следует из Таблицы 2, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) значительную пролонгацию времени выделения из него инсулина.
Пример 3.
В третьем примере было использовано 3,1×10-3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 8×10 -7 метра 15 (Фиг.1), расстояние между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 2,5×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) составлял 1,5×10-7 метра. Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) была образована 3 слоями. В качестве контейнируемого материала для заполнения канала рулона 11 (Фиг.1) использовали инсулин (представляющий собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).
22 мл 35% раствора инсулина в воде (имеющей рН7) заливали в ультразвуковую ванну при температуре 21°С и нормальном атмосферном давлении 101325 Па. В указанный раствор добавляли 3,1×10-3 Кг рулонов 1 (Фиг.1) с вышеприведенными параметрами. В течение 3,5 минут воздействовали на образовавшийся состав ультразвуком с частотой 5,5 КГц. В результате канал 11 (Фиг.1) каждого из рулонов заполнялся контейнируемым материалом, т.е. 35% раствором инсулина в воде.
В ультразвуковую ванну добавлялось 2,5×10-3 Кг порошка из нанокристаллов TiO 2 с размерами частиц около 1,4×10-7 метра. Затем 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 упомянутом выше источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 49 минут обработки раствора ультразвуком на выявленной резонансной частоте (экспериментально выявленное время закупорки частицами TiO2 обоих торцов рулона 1 (Фиг.6)), трубчатые оболочки 1 (Фиг.6) с первой 21 (Фиг.6) и второй 22 (Фиг.6) торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 1,5 минут в протоке воды с показателями: рН6, температурой воды около 19°С и расходом воды 1,7 л/мин. Далее на 30 минут наноконтейнера окунали в каталазу, производя тем самим модификацию торцов наноконтейнеров упомянутой каталазой до значения 98% от доступной извне площади поверхности (т.е. осуществляли фактически полное маскирование зоны 51 (Фиг.6) и зоны 52 (Фиг.6) обоих торцов рулона 1 (Фиг.6) благодаря избирательной адсорбции каталазы на доступной извне поверхности TiO2 торцевых заглушек 21 (Фиг.6) и 22 (Фиг.6) по технологии, раскрытой в источнике [8].
Извлеченные из каталазы наноконтейнеры подвергали вакуумной сушке в течение 75 секунд при давлении 1100 Па. После выполнения описанных выше операций, полученные рулоны 1(Фиг.6) были помещены в следующую емкость с водой (рН6,7), которую термостабилизировали при температуре около 21°С. В этой емкости происходило постепенное высвобождение из наноконтейнеров, снабженных двумя торцевыми заглушками (первой 21 (Фиг.6) и второй 22 (Фиг.6)), которые были маскированы каталазой (зона 51 (Фиг.6) и зона 52 (Фиг.6), контейнированного в них инсулина во внешнюю водную среду. Контроль динамики возрастания концентрации инсулина во внешней водной среде производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord M40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения инсулина из предлагаемого наноконтейнера в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 50 | 75 | 100 | 138 | 5000 | 10000 | 13500 |
| Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа | | 34 | 39 | 52 | 97 | --- | | |
| Количество освобожденного инсулина (%) из наноконтейнера с двумя торцевыми заглушками и маскированными торцами | | | | | --- | 0,9 | 66,3 | 94,8 |
Как видно из Таблицы 3, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) существенное увеличение времени выделения инсулина в окружающую наноконтейнер внешнюю среду.
Пример 4.
В этом примере использовалось 3,3×10 -3 Кг рулонов из галлуазита, причем длина рулона составляла 1×10-6 метра 15 (Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 1,2×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) составлял значение 3×10 -8 метра. Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.7) была образована 30 слоями. В качестве контейнируемого материала для целей заполнения канала рулона 11 (Фиг.1), был применен nifedipine (медицинский препарат для лечения приступов стенокардии, т.е. 2,6-Диметил-4-(2
-нитрофенил)-1,4-дигидропиридин-3,5-дикарбоновой кислоты).
Сначала 24 мл nifedipine помещали в ультразвуковую ванну при температуре 12°С, давлении 101325 Па и относительной влажности воздуха 60%. Затем туда же добавлялось 3,3×10 -3 Кг рулонов 1 (Фиг.7) с вышеприведенными параметрами. В эту же смесь добавлялось 1,5×10-3 Кг порошка из нанокристаллов TiO2 с размерами частиц 2,9×10 -8 метра.
Затем включали источник ультразвуковых колебаний, которым была оборудована ванна, и определяли резонансную частоту (поиск производился в интервале от 20 до 50 КГц) по методике, раскрытой в [7].
В соответствии с рекомендациями, изложенными в упомянутом выше источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную.
После 46 минут (экспериментально установленное время гарантированной закупорки частицами TiO2 обоих торцов рулона 1 (Фиг.7), содержащего контейнированный материал, вследствие ультразвуковой обработки на выявленной резонансной частоте), наноконтейнеры с первой 21 (Фиг.7) и второй 22 (Фиг.7) торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 55 секунд в проточной воде с рН7 (расход которой составлял 5,2 л/мин, а температура которой была 12°С).
Далее поверхность рулона 1 (Фиг.7), снабженного первой 21 (Фиг.7) и второй 22 (Фиг.7) торцевыми заглушками по методике, раскрытой в работе [9], маскировали наночастицами золота (gold nanoparticle), образующими кластерное (в пределах значения 10-8%) покрытие 4 (Фиг.7) поверхности рулона 1 (Фиг.7).
После этого рулоны 1 (Фиг.7) с торцевыми заглушками 21 (Фиг.7) и 22 (Фиг.7) и частично маскированной наночастицами золота поверхностью рулона 4 (Фиг.7), каналы которых были заполнены материалом nifedipine, помещались в другую емкость с водой (рН7), нагретой до температуры 22°С. В этой емкости происходило постепенное высвобождение nifedipine из вмещающих его наноконтейнеров во внешнюю среду.
Контроль динамики возрастания концентрации nifedipine во внешней среде, производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord M40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения nifedipine из предлагаемого наноконтейнера, снабженного двумя торцевыми заглушками и частично покрытого металлом (Au) рулона 1 (Фиг.7), в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 4.
| Таблица 4 | ||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 50 | 75 | 100 | 145 | 5000 | 10000 | 13500 |
| Количество освобожденного nifedipine (%) из устройства-прототипа | | 33 | 47 | 55 | 96,1 | --- | | |
| Количество освобожденного nifedipine (%) из наноконтейнера с торцами, снабженным заглушками, и частично маскированной золотом поверхностью рулона | | | | | --- | 1,3 | 67,5 | 95,8 |
Как следует из Таблицы 4, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) существенное увеличение времени выделения nifedipine.
Пример 
5
В пятом примере было использовано 2,3×10 -3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 1×10-8 метра 15 (Фиг.1), расстояние между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 2,0×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) имел значение 5×10 -8 метра. Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) была образована 15 слоями. В качестве контейнируемого материала для заполнения канала рулона 11 (Фиг.1) использовали глицерин (1,2,3-триоксипропан, широко применимый при производстве косметики).
30 мл глицерина заливали в ультразвуковую ванну при температуре 18°С и нормальном атмосферном давлении 101325 Па. В указанный состав добавляли 2,3×10-3 Кг рулонов 1 (Фиг.1) с вышеприведенными параметрами. В течение 1,5 минут воздействовали на образовавшийся состав ультразвуком с частотой 4,6 КГц. В результате канал 11 (Фиг.1) рулонов заполнялся глицерином (иными словами, глицерин был контейнирован в трубчатой оболочке 1 (Фиг.8)).
Затем в ультразвуковую ванну добавлялось 2,0×10 -3 Кг порошка из нанокристаллов TiO2 с размерами частиц около 5,0×10-8 метра. 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 упомянутом источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 20 минут обработки указанного выше раствора ультразвуком на выявленной резонансной частоте (экспериментально выявленное время закупорки наночастицей TiO2 выбранного размера одного из торцов рулона 1 (Фиг.8)), например, в зоне маскирования первого торца 51 (Фиг.8), трубчатые оболочки рулонов 1 (Фиг.8) с первой 21 (Фиг.8) торцевой заглушкой извлекали и ополаскивали в течение 25 секунд в проточной воде с показателем рН7, температурой воды около 21°С и расходом воды 1,8 л/мин.
Снова 30 мл заливали в ультразвуковую ванну при температуре 21°С и нормальном атмосферном давлении 101325 Па. В упомянутый раствор добавляли 2,2×10-3 Кг частиц молекулярного органозоля кремния с размерами частиц примерно 5,0×10-8 метра. 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 18 минут обработки указанного выше раствора ультразвуком на выявленной резонансной частоте (экспериментально выявленное время закупорки наночастицей молекулярного органозоля кремния второго из торцов рулона 1 (Фиг.8)), трубчатые оболочки 1 (Фиг.8) с первой 21 (Фиг.8) и второй 22 (Фиг.8) торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 28 секунд в проточной воде с показателем рН7, температурой воды около 22°С и расходом воды 1,1 л/мин.
Далее в течение 6 минут методом окунания наноконтейнеров в каталазу производили модификацию его первой торцевой заглушки 21 (Фиг.8) упомянутой каталазой до значения 1,1% от доступной извне площади поверхности (т.е. осуществляли маскирование соприкасающейся с внешней средой поверхности первого торца рулона 1 (Фиг.8) в зоне 51 (Фиг.8) благодаря избирательной адсорбции каталазы на части поверхности первой торцевой заглушки 21 (Фиг.4), пробка которой выполнена из нанокристалла диоксида титана.
Следует отметить, что в аналогичной последовательности может быть произведено маскирование в зоне 52 (Фиг.8) второго торца рулона 1 (Фиг.8) материалом, имеющим большое сродство к материалу пробки второй торцевой заглушки 22 (Фиг.8).
Затем извлеченные наноконтейнеры подвергали вакуумной сушке в течение 2 минут и давлении 1000 Па. Далее поверхность рулона 1 (Фиг.8), снабженного первой 21 (Фиг.8) и второй 22 (Фиг.8) торцевыми заглушками и маскированным каталазой первым торцом в зоне 51 (Фиг.8), по методике, раскрытой в работе [9], модифицировали наночастицами золота (gold nanoparticle), образующими частичное (до 98%) маскирование поверхности рулона 4 (Фиг.8).
После выполнения описанных выше операций, наполненные глицерином рулоны 1 (Фиг.8) были помещены в новую емкость с водой (рН6,5), которую термостабилизировали при температуре около 20°С. В этой емкости происходило постепенное высвобождение из наноконтейнеров, снабженных двумя торцевыми заглушками (соответственно первой 21 (Фиг.8) и второй 22 (Фиг.8)) с частично маскированным каталазой первым торцом в зоне 51 (Фиг.8), контейнированного в них глицерина во внешнюю водную среду.
Контроль динамики возрастания концентрации глицерина во внешней водной среде производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord M40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения глицерина из предлагаемого наноконтейнера в окружающую водную среду приведены в Таблице 5.
| Таблица 5 | ||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 50 | 75 | 100 | 155 | 5000 | 10000 | 16000 |
| Количество освобожденного глицерина (%) из устройства-прототипа | | 27 | 41 | 50 | 95,5 | --- | | |
| Количество освобожденного глицерина (%) из наноконтейнера с торцами, снабженным заглушками, и маскированной золотом поверхностью рулона | | | | | --- | 1,1 | 64,3 | 95,8 |
Как видно из Таблицы 5, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) весьма существенное увеличение времени выделения глицерина.
Пример 6
В шестом примере было использовано 2,0×10 -3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 5×10-7 метра 15 (Фиг.1), расстояние между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 0,45×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13 (Фиг.1) составлял значение 8×10 -9 метра. Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) была образована 22 слоями. В качестве контейнируемого материала для заполнения канала рулона 11 (Фиг.1) использовали, как и в предыдущем примере, глицерин (1,2,3-триоксипропан).
42 мл глицерина заливали в ультразвуковую ванну при температуре 19°С и нормальном атмосферном давлении 101325 Па. В указанный состав добавляли 2,0×10-3 Кг рулонов 1 (фиг.9) с вышеприведенными параметрами. В течение 70 секунд воздействовали на образовавшийся состав ультразвуком с частотой 4,5 КГц. В результате канал 11 (Фиг.1) рулонов 1 (Фиг.9) заполнялся глицерином.
Затем в состав, находящийся в ультразвуковой ванне добавляли 2,0×10-3 Кг порошка из нанокристаллов TiO 2 с размерами частиц около 7,7×10-9 метра. После выполнения вышеуказанных процедур 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 упомянутом выше источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 48 минут обработки раствора ультразвуком на выявленной резонансной частоте (экспериментально выявленное нами время закупорки частицами TiO2 обоих торцов рулона 1 (Фиг.9)), трубчатые оболочки 1 (Фиг.9) с первой 21 (Фиг.9) и второй 22 (Фиг.9) торцевыми заглушками извлекали и ополаскивали в течение 1,2 минуты в протоке воды с показателем рН6,6 (температура воды не превышала 22°С и расход воды 1,2 л/мин). Далее на 19 минут наноконтейнеры окунали в каталазу, производя тем самим маскирование (модификацию) первого (Фиг.9) 62 и второго 63 (Фиг.9) торцов каталазой до значения 45% от контактирующей с внешней средой площади их поверхности благодаря адсорбции каталазы на части доступной извне поверхности TiO2 по технологии, раскрытой в источнике [8].
После извлечения из каталазы наноконтейнеров, они без промедления подвергались промывке водой с рН6,5 и температурой 25°С в течение 30 секунд, затем производили их вакуумную сушку в течение 3 минуты при давлении 890 Па. Далее поверхности рулонов 1 (Фиг.9), снабженных первой 21 (Фиг.9) и второй 22 (Фиг.9) торцевыми заглушками и маской на них из каталазы, модифицировали (по методике, раскрытой в работе [9]), наночастицами золота (gold nanoparticle), образующими зону частичного (около 35%) маскирования поверхности рулона 61 (Фиг.9).
После выполнения описанных выше операций, наполненные глицерином рулоны 1 (Фиг.9) были помещены в новую емкость с водой (рН7), которую термостабилизировали при температуре около 20°С. В этой емкости происходило постепенное высвобождение из наноконтейнеров, снабженных первой 21 (Фиг.9) и второй 22 (Фиг.9) торцевыми заглушками, соответственно зоны 62 (Фиг.9) и 63 (Фиг.9) поверхности которых частично маскированы каталазой, контейнированного в них глицерина во внешнюю водную среду.
Контроль динамики возрастания концентрации глицерина во внешней водной среде производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord M40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения глицерина из предлагаемого наноконтейнера в окружающую водную среду приведены в Таблице 6.
| Таблица 6 | ||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 50 | 75 | 100 | 138 | 5000 | 10000 | 15000 |
| Количество освобожденного глицерина(%) из устройства-прототипа | | 29 | 43 | 57 | 95,5 | --- | | |
| Количество освобожденного глицерина(%) из наноконтейнера с торцами, снабженным заглушками, и маскированной золотом поверхностью рулона | | | | | --- | 1,0 | 62,6 | 94,4 |
Как видно из Таблицы 6, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) подавляющее увеличение времени выделения глицерина.
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: А61К 8/49, «Cosmetic skincare applications employing mineral-derived tubules for controlled release», опуб. 30.08.2007 г.
2. Полезная модель РФ 71543, МПК: А61К 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. Патент BY 9777, МПК: С1В 33/00, «Способ получения молекулярных органозолей кремнезема», опуб. 30.06.2005 г.
7. Изобретение РФ 227784, МПК: С1В 31/02, «Способ экстракции фуллеренов», опуб. 27.03.2006 г.
8. Заявка на изобретение РФ 2006134485, МПК: C1G 23/047, «Способ получения мезо-пористых наноструктурированных пленок диоксида титана и способ иммобилизации на них ферментов», опуб. 10.04.2008 г.
9. Заявка на изобретение США 2009/0092836, МПК: В32В 5/16 «Gold nanoparticle-halloysite nanotube and methode of forming the same», опуб. 09.04.2009 г.
1. Наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью, характеризующийся тем, что он выполнен в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO2, а поверхность канала представляет собой Al 2O3, при этом расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,18
10-9 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 2-50, причем канал упомянутого рулона вблизи своих торцов снабжен пробками, а поверхность наноконтейнера полностью маскирована отличным от SiO2 материалом.
2. Наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками и модифицированной материалом поверхностью, характеризующийся тем, что он выполнен в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO2, а поверхность канала представляет собой Аl 2О3, 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 2-50, причем канал упомянутого рулона вблизи своих торцов снабжен пробками, а поверхность наноконтейнера частично маскирована отличным от SiO2 материалом.
3. Наноконтейнер по п.2, отличающийся тем, что отличным от SiO2 материалом маскирован один из торцов рулона.
4. Наноконтейнер по п.2, отличающийся тем, что отличным от SiO2 материалом маскированы оба торца рулона.
5. Наноконтейнер по п.2, отличающийся тем, что отличным от SiO 2 материалом маскирована поверхность SiO2 внешней части рулона.
6. Наноконтейнер по п.2, отличающийся тем, что отличным от SiO2 материалом маскирована поверхность SiO2 внешней части рулона и один из его торцов.
7. Наноконтейнер по п.2, отличающийся тем, что отличным от SiO2 материалом маскирована поверхность SiO2 внешней части рулона и оба его торца.
8. Наноконтейнер по п.4, отличающийся тем, что отличным от SiO2 материалом торцы рулона маскированы в интервала значений от 10-3 % до 98%.
9. Наноконтейнер по п.5, отличающийся тем, что отличным от SiO2 материалом поверхность SiO2 внешней части рулона маскирована в интервале значений от 10 -8% до 98%.
