Наноконтейнер с 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 модифицированной материалом поверхностью, обеспечивающего возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала из канала рулона в окружающую внешнюю среду. Предлагается наноконтейнер с 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 AI₂O₃, 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. В первом варианте воплощения устройства поверхность наноконтейнера полностью маскируют отличным от диоксида кремния материалом. Во втором варианте воплощения устройства отличным от SiO₂ материалом поверхность SiO₂ внешней части рулона маскируют 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 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулона наноконтейнера, обеспечивающего возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала в окружающую наноконтейнер внешнюю среду.

Из уровня техники известен наноконтейнер [1], который предназначается для размещения в нем разнообразных 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-аналог выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nano-tube) 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 Al₂O₃) 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 трубчатой многослойной оболочки (рулона) так, что расстояние между слоями лежит в пределах от 0,18×10 ^-9 до 2,5×10^-9 метра, причем поверхность упомянутого рулона образована SiO₂, а поверхность его канала представляет собой 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 в пределах от 5×10^-9 до 2,1×10 ^-7 метра. Помимо этого рассматриваемый наноконтейнер-прототип характеризуется числом слоев в рулоне, значение которого составляет от 2 до 50.

Недостаток наноконтейнера-прототипа заключается в относительно малом (не превышающем величины 200 часов) времени высвобождения в окружающую его внешнюю среду контейнированного в канале рулона материала.

Задача, на решение которой направлено создание настоящего устройства, состоит в разработке современного средства для контейнирования микроскопических доз материалов, обладающих способностью обеспечивать постепенное высвобождение в окружающую внешнюю среду этих 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 торцевой заглушкой и модифицированной материалом поверхностью характеризуется выполнением в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO₂, а поверхность канала представляет собой AI₂O₃, при этом расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,18×10^-9 до 2,5×10^-9 метра, а длина рулона располагается в диапазоне от 6×10^-8 до 9×10^-6 метра, диаметр канала находится в интервале значений от 5×10^-9 до 2,1×10 ^-7 метра, а число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона 2-50, при этом его поверхность полностью маскирована отличным от SiO₂ материалом.

Заявленный технический результат также достигается тем, что наноконтейнер с торцевой заглушкой и модифицированной материалом поверхностью характеризуется выполнением в виде рулона, поверхность внешней части которого образована из SiO₂, а поверхность канала представляет собой AI₂O₃, 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 его поверхность частично маскирована отличным от SiO₂ материалом.

Желательно, чтобы отличным от SiO ₂ 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 с указание основных параметров; на Фиг.2 схематично представлено продольное сечение наноконтейнера со сплошным покрытием поверхности отличным от диоксида кремния материалом; на Фиг.3 схематично представлено продольное сечение наноконтейнера с золотым кластером на поверхности рулона; На Фиг.4 схематично изображено продольное сечение наноконтейнера с покрытием в виде пленки на его поверхности из отличного от диоксида кремния материала..

Перечень позиций.

1. Рулон (трубчатая оболочка).

11. Канал рулона.

12. Многослойная оболочка.

13. Диаметр канала рулона.

14. Диаметр рулона.

15. Длина рулона.

2. Сплошное покрытие поверхности наноконтейнера.

3. Частичное покрытие поверхности рулона.

31. Кластер.

32. Пленка.

Трубчатая многослойная оболочка (рулон) заявленного устройство 1 (Фиг.1-Фиг.4), как и наноконтейнер-прототип, производится из минерального глинистого сырья (hallo-ysite) 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 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), диаметр рулона 14 (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 составлял от 2 до 50 слоев) трубчатой многослойной оболочки 1 (Фиг.1-Фиг.4).

Пример 1.

В первом из примеров было использовано 12×10^-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 2,5×10^-9 метра, а диаметром канала рулона 13 (Фиг.1) имел значение 1,3×10^-9 метра. Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) была образована 50 слоями.

В качестве контейнированного материала, применяемого в данном примере для заполнения рулона 1 (Фиг.1), использовали benzotriazole (в функциональном плане представляющий собой антикоррозионный ингибитор).

50 мл 2,5% раствора benzotriazole в ацетоне помещали в ультразвуковую ванну при температуре 22°С и нормальном атмосферном давлении 1013,25 гПа. В указанный раствор добавляли 12×10^-3 Кг рулонов 1 (Фиг.1) с приведенными выше сортированными параметрами.

Затем включали источник ультразвуковых колебаний и в течение 7 минут обрабатывали раствор с помещенными в него рулонами 1 (Фиг.2) на частоте 3.3 КГц. Далее заполненные контейнируемым материалом рулоны 1 (Фиг.2) извлекали и ополаскивали в течение 1 минуты в потоке воды с рН7, расход которой составлял 2 л/мин, а температура поддерживалась около 11°С.

Далее модифицировали поверхность наноконтейнеров путем полного ее маскирования глиадином, помещая наноконтейнеры на 6 минут в 12% спиртовой раствор глиадина (до образования сплошного покрытия 2 (Фиг.2) на всей поверхности наноконтейнера).

После этого рулоны 1 (Фиг.2) с заполнены раствором benzotriazole каналами 11 (Фиг.1) и маскированной глиадином поверхностью извлекали из спиртового раствора глиадина и помещали в новую емкость с водой (рН7), термостабилизированной при температуре 20°С.

В этой емкости происходило постепенное высвобождение контейнированного материала из рулонов 1 (фиг.2), заполненных раствором benzotriazole и имеющих сплошное покрытие из глиадина 2 (Фиг.2), упомянутого контейнированного материала в окружающую наноконтейнеры внешнюю водную среду.

Контроль динамики изменения концентрации benzotriazole во внешней водной среде 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.)	50	75	100	5000	90000	12000
Количество освобожденного benzotriazole (%) из устройства-прототипа		80,3	87,1	92,5
Количество освобожденного benzotriazole (%) из наноконтейнера, покрытого глиадином		-	-	-	1,4	58,5	95,0

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

Пример 2.

Во втором примере было использовано 8,5×10^-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 диаметром канала рулона 13 (Фиг.1) был равен 2,1×10^-7 метра.

Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) была образована 2 слоями. В качестве контейнируемого материала, примененного для заполнения внутренней части (канала рулона 11 (Фиг.1) трубчатой многослойной оболочки 1 (Фиг.3), использовали инсулин (представляющий собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).

Сначала поверхность рулонов 1 (Фиг.3) по методике, раскрытой в работе [6], модифицировали наночастицами золота (gold nanoparticle) до образования маскирующего поверхность кластера, занимающего площадь 10^-8% относительно всей площади поверхности рулона 1 (Фиг.3).

Затем полученные структуры помещают в 50 мл 7% раствора инсулина в воде (рН6,5), предварительно налитый в ультразвуковую ванну, и в течение 2 минут воздействуют на раствор ультразвуком с частотой 4,5 КГц. Извлеченные из ультразвуковой ванны рулоны 1 (Фиг.3), каналы 11 (Фиг.1) которых заполнились раствором инсулина, ополаскивали в течение 30 секунд в потоке воды с показателем рН6,8, расход которой составлял 1,8 л/мин, а температура поддерживалась около 12°С.

После этого наноконтейнеры, каналы 11 (Фиг.1) рулонов 1 (Фиг.3) которых были заполнены раствором инсулина, помещали в новую емкость с водой (рН7), нагретой до температуры 20°С. В этой емкости из сформированных наноконтейнеров, поверхность рулона 1 (Фиг.3) которых была маскирована кластером 31 (Фиг.3) золота, происходило выделение инсулина во внешнюю среду.

Контроль динамики возрастания концентрации инсулина 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 инсулина из предлагаемого наноконтейнера в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 2.

Таблица 2
	Временные точки контроля (час.)	2	40	80	100	150	200
Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа		11	34	47	55	82	95
Количество освобожденного инсулина (%) из наноконтейнера маскированного кластером золота		9,6	30	44	53	78	91

Как следует из Таблицы 2, предложенное устройство (по сравнению с устройством-прототипом) позволяет увеличить временя выделения инсулина во внешнюю среду.

Пример 3.

Во третьем примере было использовано 6,6×10^-3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 6×10^-8 метра 15 (Фиг.1), расстояние между слоями рулона 12 (Фиг.1) равнялось 0,18×10^-9 метра, а диаметром канала рулона 13 (Фиг.1) составлял 1,1×10^-8 метра.

Трубчатая оболочка рулона 1 (Фиг.1) образована 3 слоями. В качестве контейнируемого материала, примененного для целей заполнения внутренней части трубчатой многослойной оболочки рулона 1 (Фиг.4), использовали nifedipine (медицинский препарат для лечения приступов стенокардии, т.е. 2,6-Диметил-4-(2-нитрофенил)-1,4-дигидропиридин-3,5-дикарбоновой кислоты).

Вначале на поверхности галлуазитовых наноконтейнеров методом адсорбции каталазы (белковой молекулы-фермента) по технологии, раскрытой в источнике [7], формировали пленку 32 (Фиг.4), которая маскировала 98% площади поверхности их рулона 1 (Фиг.4).

Далее ультразвуковую ванну наполняли 50 мл nifedipine при температуре 18°С и атмосферном давлении 1013,25 гПа.

Затем в течение 4 минут на частоте 3.7 КГц производилась ультразвуковая обработка содержимого упомянутой выше ванны.

В результате такой обработки происходило заполнение каналов рулонов 11 (Фиг.1) наноконтейнеров материалом nifedipine.

Извлеченные после заполнения контейнируемым материалом рулоны 1 (Фиг.4) ополаскивали в течение 30 секунд в потоке воды с показателем рН6,5 и температурой 25°С (расход которой составлял примерно 1,0 л/мин).

Затем полученные структуры подвергали вакуумной сушке в течение 3 минут и давлении 860 Па. После этой кратковременной сушки рулоны 1 (Фиг.4) маскированные пленкой 32 (Фиг.4) каталазы, каналы которых были заполнены материалом nifedipine, помещались в новую емкость с водой (рН7), нагретой до температуры 20°С.

В этой емкости происходило постепенное высвобождение из наноконтейнеров материала nifedipine во внешнюю среду. Контроль динамики возрастания концентрации материала 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 материала nifedipine из предлагаемого наноконтейнера в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 3.

Как видно из Таблицы 3, предложенное устройство (по сравнению с устройством-прототипом) предоставляет возможность увеличить время выделения контейнированного материала во внешнюю окружающую среду.

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, 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.

5. Изобретение США 7425232, МПК: F17C 11/00, «Hydrogen storage apparatus comprised of halloysite», опуб. 16.09.2008 г.

6. 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.

7. Заявка на изобретение РФ 200312989, МПК: С12N 11/02, «Водородно-кислородный топливный элемент на основе иммобилизированных ферментов», опуб. 10.02.2005 г.

1. Наноконтейнер с модифицированной материалом поверхностью, характеризующийся тем, что он выполнен 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, при этом его поверхность полностью маскирована отличным от SiO₂ материалом.

2. Наноконтейнер с модифицированной материалом поверхностью, характеризующийся тем, что он выполнен 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, при этом его поверхность частично маскирована отличным от SiO₂ материалом.

3. Наноконтейнер по п.2, характеризующийся тем, что отличным от SiO₂ материалом поверхность SiO ₂ внешней части рулона маскирована в интервале значений от 10^-8 до 98%.