Суперконцентраты нанодисперсий металлического серебра, меди и золота, их солей и комплексов: исследование, производство и некоторые аспекты применения
К.К. Кошелев
Нашей компанией разработаны рецептуры и способы синтеза дисперсий коллоидных металлов (серебра, меди, золота) с рекордно высокой концентрацией наночастиц от 0,1 до 3,0 вес.% (1000 – 30 000 ррм), с контролируемым ростом, размером и формой металлических наночастиц и состоянием их поверхности (включая микрокапсулирование). В реализуемых условиях синтеза происходит практически полная конверсия катионов металлов в металлические наночастицы. Создана технология производства суперконцентратов нанодисперсий серебра, меди, золота а также их комбинаций в опытно-промышленных условиях. То, что синтезируемые дисперсии не содержат катионов серебра благотворно сказывается на их свойствах, они не раздражают (не обжигают, не окрашивают) слизистые оболочки и кожу, в отличие от известных препаратов коллоидного серебра, а тем более - препаратов на основе солей и комплексов серебра.
Исключительно малый размер частиц и максимальная площадь их поверхности обеспечивает при этом высокую биоцидную активность, вследствие чего дисперсии таких наночастиц могут использоваться при гораздо более низких концентрациях, чем ранее использовавшиеся препараты коллоидного серебра. Испытания подтвердили, что дисперсии обладают высокой биоцидной (бактериоцидной, вирулицидной, туберкулецидной, фунгицидной) активностью, в том числе к различным видам микроорганизмов - при концентрациях от 0,01 ppm. В соответствии с литературными и собственными данными дисперсии коллоидных серебра, меди и золота и их содержащие препараты и материалы экологически безопасны и не наносят вреда окружающей среде. Отходы могут быть слиты в канализацию или открытые водоёмы.
Компоненты препаратов практически не выделяются в воздух; препараты активны при внесении их в виде малых добавок, которые практически не влияют на свойства модифицируемых материалов; наночастицы серебра, золота и меди не оказывают раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки, не вызывает аллергических реакций и дерматитов, и в рекомендованных количествах безопасны для людей и животных. Дисперсии наночастиц металлического серебра, меди и золота и их растворы не вызывают коррозии металлов и снижения прочности обрабатываемых материалов, не ухудшают качества пищевых продуктов, не обесцвечивают хлопчатобумажные, шерстяные и синтетические ткани, резину и пластмассы, изделия из кожи.
Синтезируемые дисперсии - суперконцентраты нанометаллов - серебра, меди, золота, а также композиции на их основе, в т.ч. с содержанием дозированных количеств различных катионов и комплексов металлов (в т.ч. меди, серебра, золота, платины, олова, цинка) и различных функциональных добавок могут быть использованы везде, где нужны: биоцидность; дезинфекция; стерилизация; консервация; лечение - противомикробные и противовирусные средства; иммуностимуляция – профилактическое поддержание иммунной системы для достижения оптимального здоровья, т.е. для использования в качестве биоактивных пищевых добавок; другие свойства наночастиц металлов, в т.ч. для научных и прикладных целей, например, в нанолитографии, микроскопии, микробиологии; производства упаковочных материалов различных типов, включая полимерные, на пленочной, бумажной и комбинированной основе для придания поверхности биоцидных и стерильных свойств; фундаментальных и прикладных научных исследований; для получения новых материалов с заданными свойствами и придания известным материалам новых свойств; использования в качестве красителей, в том числе и лазерных красителей.
Разработана сухая форма нанодисперсий металлов и новый способ её получения, не ухудшающий свойства исходных дисперсий. Содержание нанометаллов в сухой форме – от 5 до 12 вес.%. Порошки легко растворяются и самодиспергируются в водных растворах (а также глицерине, димексиде и их смесях с водой) и после растворения восстановленные дисперсии обладают теми же свойствами, как и исходная дисперсия.
Следует отметить, что при производстве дисперсий для различных назначений в качестве защитных коллоидов могут быть использованы самые различные природные и синтетические полимеры (допущенные для использования в фармацевтической и пищевой промышленности), а также функциональные добавки, учитывающие индивидуальные пожелания потребителей. Также имеется возможность производить дисперсии и в неводных растворителях, в том числе в глицерине, диметилсульфоксиде (димексиде), спиртах и т.п.
Концентраты нанодисперсий металлического серебра, меди и золота типа «КНД-С», «КНД-М» и «КНД-З», а также смешанных дисперсий «КНД-СМ», «КНД-МЗ», «КНД-СМЗ», выпускаются по техническим условиям ТУ 2499-023-74107096-2007.
Исследование биоцидных и консервирующих свойств коллоидных металлов
Проверка антимикробной активности «КНД» и препаратов на их основе в Филиале ФГУЗ Центра гигиены и эпидемиологии в г. Переславль-Залесский, ГУП «МГЦД» бактериологическая лаборатория г. Москва подтверждает высокие бактериоцидные и стерилизующие свойства дисперсий к различным видам микроорганизмов (микробактерии, кишечная палочка, золотистый стафилококк, кандида альбиканс, гипсовидный трихофитон).
Препараты на основе коллоидного серебра и меди для дезинфекции и консервирования воды показали хорошие результаты - при концентрации 0,05-0,1 ррм наблюдается полная стерилизация даже сильно бактериально загрязненной воды. Нанесенные на поверхность бумаги наночастицы серебра (из дисперсий с концентрацией 0,01-0,06%) обеспечивают зону подавления роста культуры E.coli K-12+StrR от края диска - от 0,5 до 5 мм. При введении в модельную, «прокисшую», полимерную дисперсию ВХВД-65 (KOE/мл = 105 -109) одного из видов нанодисперсий серебра при итоговой концентрации 1,70 ppm и более, микрофлора отсутствует (т.е. стерилизация), а при 0,24 ppm KOE/мл = 6600, что является консервацей. Сухие слои, нанесенные на бумагу и картон, на основе латексов (ВХВД-65, ПВАД, и других), а также ряда вододисперсионных промышленных красок, после введения в них нанодисперсий серебра показывают поверхностную биоцидную активность - зона подавления роста от края диска - от 0,5 до 4 мм. Это позволяет использовать нанодисперсии серебра в составе различных покрытий и материалов, например, упаковочных, так как обеспечивает не только антисептические свойства поверхности материала, но и может подавлять рост микроорганизмов в приповерхностных слоях упакованной продукции.
Исследование вирулицидной способности препаратов проводились на штамме вируса гриппа и гепатита B, в лаборатории иммунологии, Институт вирусологии РАМН, по стандартной методике, с временем экспозиции 60 мин. Активность нанодисперсий серебра без добавок составляет 85-93% при концентрации 0,01%. Увеличение концентрации или времени воздействия существенно улучшает результаты. Введение фунциональных добавок значительно увеличивает вирулицидную активность дисперсии и даёт 100% результат при гораздо меньших концентрациях. Увеличение времени экспозиции также приводит к увеличению итоговой активности препаратов. Также отмечена 100% вирулицидная активность нанодисперсий металлической меди, однако при более высоких концентрациях - 0,5% (1 час).
Испытания вирулицидной активности при более низких концентрациях нанодисперсий меди и серебра, а также при варьировании времени экспозиции как параметра не закончены и продолжаются. Следует отметить, что использование комбинированных дисперсий (серебро+медь, серебро+медь+золото) позволяет расширить их спектр активности, причем совместимость нанодисперсий металлического серебра с различными типами добавок существенно шире и дает новые возможности для изучения их свойств и их применения.
Уникальные характеристики коллоидных нанодисперсий серебра, а также серебра в комплексе с медью и золотом, а именно свойства природного антибиотика в отношении многих видов бактерий, вирусов и грибков, при этом практически нетоксичного, что в совокупности с отсутствием резистентности микроорганизмов к нему и безопасностью применения для человека, делают незаменимыми или труднозаменимыми в составе многих видов товаров народного потребления.