Наноконтейнер с внутренним пористым элементом
Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулоне галлуазитового наноконтейнера с внутренним пористым элементом, обеспечивающего возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала из упомянутого рулона в окружающую внешнюю среду. Предлагается конструкция наноконтейнера с внутренним пористым элементом, характеризующийся тем, что он выполнен в виде трубчатой многослойной оболочки-рулона. Поверхность внешней части упомянутого рулона образована из Si0 2, а поверхность канала представляет собой Al2 O3, 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. Для замедления выделения контейнированного материала из канала рулона, последний снабжен пористым элементом. 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, 3 ил. 3 табл.
Полезная модель относится к области нанотехнологии и может быть использована для размещения микроскопических доз различных материалов в канале рулоне наноконтейнера с внутренним пористым элементом, обеспечивающего возможность пролонгированного высвобождения контейнированного материала из рулона в окружающую внешнюю среду.
Из уровня техники известен наноконтейнер [1], который используется для размещения в нем косметических составов. Эти контейнируемые составы предназначаются для ухода за кожей и представляют собой как ординарные витамины, так и витаминные комплексы в виде соответствующих растворов на водной основе. Рассматриваемый наноконтейнер выполнен из трубчатого галлуазита (halloysite nanotube) длиной от 1×10-7 до 4×10-5 метра, обладающего 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 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 Si02, а поверхность его канала - из Al2 O3. 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. Рассматриваемый наноконтейнер-прототип характеризуется 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 средства для контейнирования микроскопических доз материалов, обеспечивающего постепенное высвобождению в окружающую наноконтейнер внешнюю 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 двумя торцевыми заглушками, характеризуется выполнением в виде 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 находится в интервале значений от 5×10 -9 до 2,1×10-7 метра. Число слоев рулона выбирают из диапазона 2-50. Канал упомянутого рулона снабжен внутренним пористым элементом.
Полезная модель иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 схематично представлено сечение наноконтейнера с внутренним пористым элементом (вид сбоку); на Фиг.2 условно представлен объемный внешний вид наноконтейнера с внутренним пористым элементом; на Фиг.3 изображено сечение наноконтейнера с внутренним пористым элементом по А-А из Фиг.2, размещенного во внешней среде.
Перечень позиций.
1. Рулон (трубчатая многослойная оболочка).
11. Канал рулона.
12. Расстояние между слоями рулона.
13. Диаметр канала рулона.
14. Длина рулона.
2. Внутренний пористый элемент
3. Контейнированный материал.
4. Направление высвобождения контейнированного материала.
5. Внешняя среда.
Трубчатая многослойная оболочка (рулон) заявленного устройство 1(Фиг.1-Фиг.3), как и наноконтейнер-прототип, производилась из минерального глинистого сырья (halloysite) путем первоначального грубого дробления галлуазита на куски, их размалывания в тонкий помол и последующей промывки рулонов 1(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 характеристикам. Сортировочными параметрами служили: расстояние (от 0,18×10 -9 до 2,5×10-9 метра) между слоями рулона 12(Фиг.3), диаметр (от 5×10-9 до 2,1×10 -7 метра) канала рулона 13(Фиг.1), диаметр рулона 14(Фиг.1) и длину (от 6×10-8 до 9×10-6 метра) рулона 15(Фиг.1), а также число слоев (интервал значений этого параметра составлял от 2 до 50 слоев) трубчатой многослойной оболочки рулона 1(Фиг.1-Фиг.3). В качестве внутреннего перфорированного элемента могут быть использованы UMCM-2 структуры [6], формируемые методами координированной полимеризации.
Пример 1
В первом примере использовалось 5×10 -3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 4×10-7 метра 14 (Фиг.1), расстояние между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 0,7×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13(Фиг.1) составлял 2,1×10-7 метра. Трубчатая оболочка каждого рулона 1(Фиг.1-Фиг.3) была образована 2 слоями. В качестве контейнируемого материала 3(Фиг.3), служащего для заполнения внутренней части рулона 1(Фиг.-Фиг.3), использовали benzotriazole (функционально представляющий собой антикоррозионный ингибитор).
Методом координированной полимеризации [6] в каналах 3×10-3 Кг рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3) формировали пористые каркасы UMCM-2 с площадью поверхности около 5000 м2/грамм, образующие внутренний пористый элемент 2(Фиг.1).
Затем 10 мл 1,8% раствора benzotriazole в ацетоне помещали в ультразвуковую ванну при температуре 292 К и атмосферном давлении 101310 Па. Туда же добавляли полученные рулоны 1(Фиг.2) с внутренним пористым элементом 2(Фиг.2) из UMCM-2.
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, изложенными в этом источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 12 минут ультразвуковой обработки на резонансной частоте, рулоны 1(Фиг.3) с контейнированным benzotriazole извлекали и ополаскивали в течение 1 минуты в потоке воды с рН7 при температуре 281 К и расходе последней 3 л/мин. Атмосферное давление была нормальным, а относительная влажность воздуха равнялась 49%.
Затем рулоны 1(Фиг.3) с каналом, снабженным внутренним пористым элементом 2(Фиг.3), который пропитан раствором benzotriazole, помещали в другую емкость с водой, имеющей pH равной 6,9 и температуру 293 К. В этой емкости и происходило постепенное высвобождение из рулона 1(Фиг.3) контейнированного материала 3(Фиг.3) во внешнюю среду 5(Фиг.3) по направлению 4(Фиг.3). Контроль динамики возрастания концентрации benzotriazole во внешней среде 5(Фиг.3), представляющей собой воду, производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения benzotriazole из предлагаемого устройства в окружающую внешнюю среду, канал рулона которого снабжен внутренним пористым элементом, приведены в Таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||||
 | Временные точки контроля (час.) | 1 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 50 | 75 | 100 | 150 |
| Количество освобожденного benzotriazole (%) из устройства-прототипа | | 18 | 36 | 40 | 51 | 58 | 64 | 73 | 85 | 94,8 | - |
| Количество освобожденного benzotriazole (%) из наноконтейнера с внутренним пористым элементом | | 12 | 23 | 27 | 35 | 40 | 43 | 55 | 63 | 70 | 94,9 |
Как следует из Таблицы 1, предложенное устройство-наноконтейнер обеспечивает относительно прототипа увеличение почти на треть длительности выделения контейнированного материала.
Пример 2.
Во втором примере использовалось 4,8×10 -3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 6×10-8 метра 14(Фиг.1), расстояние 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 рулона 1(Фиг.3) была образована 50 слоями. В качестве контейнируемого материала 3(Фиг.3), служащего для заполнения рулона 1(Фиг.1-Фиг.3), использовали инсулин (который представляет собой медицинский препарат для купирования проявлений болезни «диабет»).
Методом координированной полимеризации [6] в каналах 3×10-3 Кг рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3) формировали пористые каркасы UMCM-2 с площадью поверхности около 4600 м2/грамм, образующие внутренний пористый элемент 2(Фиг.1).
Затем 7 мл 12% раствора инсулина в воде (pH7, температура 293 К) помещали в ультразвуковую ванну при температуре 293 К и атмосферном давлении 101325 Па. Туда же добавляли полученные рулоны 1(Фиг.2) с внутренним пористым элементом 2(Фиг.2) из UMCM-2.
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, изложенными в этом источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 11 минут ультразвуковой обработки на резонансной частоте, рулоны 1(Фиг.3) с контейнированным инсулином извлекали и ополаскивали в течение 55 секунд в потоке воды с pH6,8 при температуре 303 К и расходе последней 2 л/мин. Атмосферное давление была нормальным, а относительная влажность воздуха равнялась 56%.
Затем рулоны 1(Фиг.3) с каналом, снабженным внутренним пористым элементом 2(Фиг.3), который был пропитан инсулином, помещали в другую емкость с водой, имеющей pH равной 7 и температуру 303 К.
В этой емкости происходило постепенное высвобождение из рулона 1(Фиг.3) контейнированного материала 3(Фиг.3) во внешнюю среду 5(Фиг.3) по направлению 4(Фиг.3). Контроль динамики возрастания концентрации инсулина во внешней среде 5(Фиг.3), представляющей собой воду, производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, обладающего точностью 0,1%.
Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения инсулина из предлагаемого устройства (канал рулона которого снабжен внутренним пористым элементом) в окружающую внешнюю среду приведены в Таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 30 | 50 | 70 | 90 | 110 | 130 | 150 | 170 | 190 | 210 |
| Количество освобожденного инсулина (%) из устройства-прототипа | | 15 | 21 | 33 | 43 | 51 | 66 | 76 | 87 | 95,8 | - |
| Количество освобожденного инсулина (%) из наноконтейнера с внутренним пористым элементом | | 11 | 14 | 20 | 32 | 45 | 54 | 63 | 76 | 89 | 95,6 |
Как следует из Таблицы 2, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) заметное увеличение длительности выделения контейнированного материала (инсулина) из канала рулона.
Пример 3.
В третьем из примеров использовалось 5,4×10-3 Кг рулонов из галлуазита, при этом длина рулона составляла 9×10-6 метра 14 (Фиг.1), расстоянием между слоями рулона 12(Фиг.1) равнялось 2,5×10-9 метра, а диаметр канала рулона 13(Фиг.1) составлял значение 3×10-8 метра. Трубчатая оболочка рулона 1(Фиг.3) была образована 33 слоями. В качестве контейнируемого материала 3(Фиг.3), служащего для заполнения рулона 1 (Фиг.1-Фиг.3), использовали каталазу (представляющую собой белок-энзим).
Методом координированной полимеризации [6] в каналах 3×10-3 Кг рулонов 1(Фиг.1-Фиг.3) формировали пористые каркасы UMCM-2 с площадью поверхности около 4200 м2/грамм, образующие внутренний пористый элемент 2(Фиг.1).
Затем 15 мл каталазы помещали в ультразвуковую ванну при температуре 293 К и атмосферном давлении 101318 Па. Туда же добавляли полученные рулоны 1 (Фиг.2) с внутренним пористым элементом 2(Фиг.2) из UMCM-2.
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, изложенными в этом источнике информации, форму ультразвукового сигнала задавали или прямоугольную, или синусоидальную или пилообразную. После 13 минут ультразвуковой обработки на выявленной резонансной частоте, рулоны 1(Фиг.3) с контейнированным инсулином извлекали и ополаскивали в течение 45 секунд в потоке воды с рН7 при температуре 299 К и расходе последней 2,2 л/мин. Атмосферное давление была нормальным, а относительная влажность воздуха равнялась 60%. Затем рулоны 1(Фиг.3) с каналом, снабженным внутренним пористым элементом 2(Фиг.3), который пропитался каталазой, помещали в другую емкость с водой, имеющей pH равной 7 и нагретой до температуры 299 К. В этой емкости происходило постепенное высвобождение из рулона 1(Фиг.3) каталазы (контейнированного материала 3(Фиг.3)) во внешнюю среду 5(Фиг.3) по направлению 4(Фиг.3). Контроль динамики возрастания концентрации каталазы во внешней среде 5(Фиг.3), представляющей собой воду, производили методами UV-фотометрии посредством использования спектрального прибора Specord М40, обладающего точностью 0,1%. Результаты сравнительного (с устройством-прототипом) измерения динамики выделения каталазы из предлагаемого устройства (канал рулона которого был снабжен внутренним пористым элементом) в окружающую его внешнюю среду, приведены в Таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||||
| Временные точки контроля (час.) | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 |
| Количество освобожденной каталазы (%) из устройства-прототипа | | 13 | 30 | 48 | 61 | 75 | 88 | 94 | - | - |
| Количество освобожденной каталазы (%) из наноконтейнера с внутренним пористым элементом | | 9 | 24 | 36 | 52 | 69 | 80 | 87 | 91 | 94,1 |
Как следует из Таблицы 3, предложенное устройство обеспечивает (относительно устройства-прототипа) увеличение длительности выделения контейнированного материала (каталазы) из рулона в 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: 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. Journal American Chemistry Society, 2009, 131(12) pp.4184-4185 «A Porous Coordination Copolymer with over 5000 m2 /g BET Surface Area», Kyoungmoo Koh at all.
7. Изобретение РФ 227784, МПК: C1B 31/02, «Способ экстракции фуллеренов», опуб. 27.03.2006 г.
8. Изобретение РФ 2213956, МПК: G01N 21/00, «Способ подготовки проб специальных жидкостей к анализу для оценки технического состояния машин и механизмов», опуб. 10.07.2003 г.
Наноконтейнер с внутренним пористым элементом, 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 значений от 5×10 -9 до 2,1×10-7 метра, а число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона 2-50, причем канал рулона снабжен пористым элементом.
