Композиция, обладающая биоцидным действием, и способ ее получения

 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в медицине. Композиция содержит комплексы полигексаметиленгуанидина с минеральными кислотами, а также полигексаметиленгуанидина с органическими кислотами, политетрафторэтилен и растворитель, взятых в определенных количественных соотношениях. Композицию получают смешением комплексов, выдерживанием смеси не менее 20 мин, а затем вводят раствор или эмульсию политетрафторэтилена. Композиция обладает пролонгированным биоцидным действием в отношении грибов и бактерий на поверхностях различной природы. 2 с.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к препаратам, обладающим биоцидными свойствами, перспективными для борьбы с бактериальными и грибковыми поражениями изделий, устройств, жилых и промышленных объектов, и способам их получения.

В настоящее время для борьбы с микробиологическим заражением объектов используют такие препараты, как метафор, формальдегид, алкамон, глутаровый альдегид и т.п. [1]. Обеззараживание ведут путем обмыва пораженных участков или обработкой их аэрозольными препаратами. Однако указанные препараты, как правило, токсичны для человека, мало эффективны в небольших дозах, оказывают негативное воздействие на экологию окружающей среды.

Одними из наиболее перспективных препаратов, обладающих биоцидной активностью, являются производные гуанидина различной природы [2-5]. Среди последних широкую известность получили полигексаметиленгуанидин (ПГМГ) и его соли (комплексы), такие как хлорид (ПГМГ-Х) и глюконат [6-7], предложенные для борьбы с бактериальными загрязнениями.

Препараты на основе ПГМГ в основном применяются в гальванотехнике, как заменители цианидных соединений в электролитах при цинковании или кадминировании, в буровой технике, как стабилизатор глинистых буровых растворов, а также в качестве смазочно-охлаждающей жидкости при обработке стекла [8]. Из других применений следует отметить перспективность использования фосфата ПГМГ в качестве противоопухолевого препарата [9]. Использование производных ПГМГ в качестве биоцидов для борьбы с микроорганизмами, как правило, требует относительно высоких концентраций. Например, для защиты стройматериалов от грибов синевы и плесени требуется использовать 1-7% водные растворы. Кроме того, такие производные, как ПГМГ-Х, имеют ограниченное применение в связи с высокой коррозионной активностью [7].

Решение проблем повышения эффективности препарата и повышения его экологичности пытаются решить либо получая более сложные высокомолекулярные соединения-сополимеры, такие как сополимер ПГМГ-Х, ПГМГ-фосфата и ПГМГ-эпихлоргидрина [10] , используемый в качестве флокулянта; либо создавая композиции на основе ПГМГ.

Прототипом заявляемого изобретения является композиция на основе ПГМГ, используемая в качестве дезинфицирующего средства [1]. Композиция содержит активное начало-смесь ПГМГ-Х или ПГМГ-фосфата (ПГМГ-Ф) с производными диметиламина, поверхностно-активное вещество, отдушку, краситель и воду.

Недостатком композиции является короткий срок службы после обработки поверхности - несколько часов.

Задачей, решаемой авторами, являлось создание такой композиции, которая обеспечивала бы прочное соединение активного начала с поверхностью при одновременном сохранении биоцидных групп или их активизации.

Задача решается использованием композиции, состоящей из следующих ингредиентов: солей (комплексов) ПГМГ и минеральных кислот 25-90% масс.

солей (комплексов) ПГМГ и органических кислот 0,2-15% масс.

политетрафторэтилена (ПТФЭ) 8-70% масс., растворитель до 100%.

Композицию получают смешением между собой комплексов ПГМГ, выдерживанием их при комнатной температуре в течение по крайней мере 20 мин, затем добавлением эмульсии или раствора ПТФЭ и высушиванием полученного продукта.

В зависимости от особенностей ингредиентов и поставленной задачи возможно смешение комплексов непосредственно на поверхности обрабатываемого изделия, обработка поверхности смесью комплексов, полученной предварительно или получающихся во время обработки, или обработка поверхности после смешения всех компонентов. Первый вариант наиболее перспективен при обработке древесины, второй - при обработке стен из кирпича или бетона, третий - при обработке тканей, причем указанная композиция в этом случае добавляется в ходе полоскания, а сушку проводят путем глажения горячим утюгом.

Выбор конкретной композиции определяется исходя из природы обрабатываемого материала, особенности эксплуатации изделия, в частности видов микроорганизмов, осуществляющих биодеградацию изделий, экономическими соображениями. Как правило, в качестве комплексов ПГМГ и минеральных кислот используют ПГМГ-Х или ПГМГ-Ф, однако в ряде случае более эффективно использование комплексов гидрофторида, кремниевой кислоты и т.п., в качестве органических кислот используют глюконаты, стеараты, олеаты, ацетаты и т.п.

При смешении комплексов ПГМГ образуется смесь полимеров близкого состава, обладающая как полярными, так и неполярными группами, что обеспечивает возможность надежной сорбции на целлюлозосодержащих покрытиях, в т.ч. имеющих смоляную компоненту (древесина хвойных деревьев), силикатсодержащих поверхностях (бетон, кирпич), а также позволяет получить прочное соединение с ПТФЭ. В качестве последнего лучшие результаты достигались с применением препаратов типа "Тефлекс" или "Софткар", содержащих мелкодисперсный ПТФЭ в пропаноло-углеводородном растворителе. Последняя компонента в зависимости от упаковки и цели либо наносится на поверхность, обработанную препаратами ПГМГ путем аэрозолирования, либо добавляется в раствор, содержащий вышеуказанные комплексы.

Образование смеси комплексов возможно либо смешением указанных ингредиентов, либо обработкой ПГМГ-основания смесью кислот заданного состава, либо обработкой одного из комплексов иными кислотами, вытесняющими часть исходных кислот по реакции обмена за счет образования более прочных связей с аминогруппой.

Во всех указанных случаях необходимо около 20 минут для перераспределения компонентов с образованием гомогенных структур.

Как показали эксперименты, композиция сохраняет биоцидные свойства от нескольких месяцев до нескольких лет и эффективна как против условнопатогенных микроорганизмов, так и против грибов.

Пример 1. В 200 мл воды при 80-90^oC растворяли 100 г ПГМГ-Х, а затем добавляли 200 мл 50% раствора едкого натра. Всплывшую массу ПГМГ - основания (ПГМГ-OH) собрали, промывали горячей водой, выход по сухому остатку 82,3% - 86,8г.

8,75 г ПГМГ-OH растворяли в 100 мл 10% водного раствора глюконата кальция, а к полученному раствору добавляли 3 мл концентрированной серной кислоты. Фильтрат после отделения осадка сернокислого кальция обезвоживали и получали 9,8 г ПГМГ - глюконата (ПГМГ-Г).

50 мл водного раствора, содержащего 5,0 г ПГМГ-Г, смешивали с 70 мл горячего (50-60^o) водного раствора, содержащего 26,0 г ПГМГ-Х, и выдерживали при перемешивании в течение 30 минут, после чего раствор наносили кистью на различные образцы, подсушивали от 20 минут до 2 часов, а затем наносили с помощью аэрозоля ПТФЭ в виде эмульсии в гексан-изопропаноловой смеси-препарат "Софткар" несколькими слоями с промежутком в 1-2 минуты. Полученное в результате покрытие содержало 25,0% ПГМГ-Х, 4,9% ПГМГ-Г, 70,0% ПТФЭ, 0,1% растворителей.

Далее образцы исследовались на наличие биоцидного действия (преп.1).

Пример 2. К 80,5 г ПГМГ-Х в 200 мл этанола добавляли 3 г олеиновой и 3 г стеариновой кислот. Полученную смесь кипятили с дефлегматором в течение 2 часов, а затем выдерживали 2 суток при 50-60^oC, избыток кислоты оттитровывали.

50 мл смеси производных ПГМГ, содержащих по сухому остатку 98,5% ПГМГ-Х, 0,13 ПГМГ-стеарата (ПГМГ-С) и 0,1% ПГМГ-олеата (ПГМГ-Ол) смешивали с 20 г эмульсии, содержащей 5 г ПТФЭ в изобутаноле, и полученную композицию использовали для испытаний. После высушивания композиция содержала: 90% ПГМГ-Х, 9,2% ПТФЭ, 0,1% ПГМГ-С, 0,1% ПГМГ-Ол, 0,6% растворителей (преп.2).

Пример 3. 80,5 г ПГМГ-Х растворяли в 500 мл этанола, добавляли 35 г этилата натрия, перемешивали 15 мин, отфильтровывали хлорид натрия, а к фильтрату добавляли 39,2 г фосфорной и 6 г уксусной кислоты в 100 мл водно-спиртового раствора. Выпавший осадок весом 43,8 г (69%) содержал по сухому остатку 82% ПГМГ-Ф и 18% ПГМГ-ацетат (ПГМГ-А). Осадок растворяли в 120 мл водно-спиртовой смеси при 50^oC, выдерживали при перемешивании 20 минут, смешивали с 40 мл эмульсии ПТФЭ в изопропаноле, содержащем 4,1 г ПТФЭ, а затем обрабатывали образцы для анализа. Обработанные поверхности высушивали при комнатной температуре 5-8 часов. Конечная композиция содержала 15% ПГМГ-А, 75% ПГМГ-Ф, 8% ПТФЭ и 2% спирта (преп.3).

Пример 4. К растворам, содержащим по 35,6 г ПГМГ-Х в 70 мл воды при 60^oC, добавляли соответственно 21,4 г ПГМГ-Ол, 6,2 г ПГМГ-С и 6,2 г ПГМГ-Г. Смеси выдерживали при перемешивании 20-25 минут, затем наносили на фрагменты стены из железобетона, после чего на эти участки наносили препарат "Тефлекс", содержавший 4% ПТФЭ до содержания ПТФЭ в конечной композиции 50%, а затем высушивали. Композиции содержали: преп. 4: 31% ПГМГ-Х, 18,8% ПГМГ-Ол, 50% ПТФЭ, 0,1% растворителей.

преп. 5: 42,6% ПГМГ-Х, 7,3% ПГМГ-С, 50% ПТФЭ, 0,1% растворителей.

преп. 6: 42,5% ПГМГ-Х, 7,3% ПГМГ-Г, 50,1% ПТФЭ, 0,1% растворителей.

Поверхности, обработанные указанными препаратами, исследовались на наличие биоцидных свойств.

Пример 5. Биоцидная активность препаратов на основании анализа смывов с обработанной ими поверхности для твердой поверхности через 24 и 96 часов после обработки. Результаты испытаний приведены в табл. 1. Через дробь дана обсемененность в контроле. Исследование проводилось не менее чем по 5 образцам каждой поверхности.

Пример 6. Испытания биоцидной активности проводились с использованием в качестве тест-объектов целлюлозы по следующей методике. Отбеленная целлюлоза нарезалась на квадраты площадью 1 см² и стерилизовалась при 180^oC. В эксперименте использовались эталонные штаммы E.coli, S.aureus; Bac. subtilis var authent, применяемые для тестирования дезинфектантов, и штамм гриба Asp. niger N 23. Испытываемые препараты наносили на тест-объекты за 24 часа до начала эксперимента. Рабочие суспензии микроорганизмов готовили путем последовательных 10-кратных разведений исходной суспензии с концентрацией 10⁹ KOE/тест-объект. При проведении экспериментов рабочая нагрузка составила 10⁶ KOE на тест-объект. В качестве контроля использовали тест-объекты, не обработанные препаратами. Были использованы 2 композиции 1 и 24 часа. После экспозиции тест-объекты переносили стерильным пинцетом в пробирки с мясопептонным бульоном и инкубировали в термостате.

Было изучено биоцидное действие препаратов 1-3, полученные результаты показали, что в течение 30 дней после обработки прорастания колоний ни в одном из обработанных препаратами объектов не отмечалось. В контроле прирост тестировался на 2-е сутки после культивирования.

Пример 7. Металлические пластинки 10·10 см² обрабатывались препаратами 1-6, а затем экспонировались в течение 1 часа со средой, содержащей смесь микроорганизмов E. coli, P.aeruginosa и S.aureus концентрацией 2·10⁹ кл/мл. Пластины высушивали, после чего делали смывы стерильными марлевыми тампонами. Препараты 1-3, 5, 6 вызывали полную гибель всех указанных микроорганизмов. Препарат 4 приводил к уменьшению числа микроорганизмов. После обработки на пластине было обнаружено 30±10 жизнеспособных клеток E.coli и 90±30 клеток P.aeruginosa.

Приведенные выше результаты свидетельствуют, что заявляемая композиция обладает биоцидным действием в отношении широкого круга микроорганизмов. Композиция разрешена Комитетом здравоохранения Мэрии С.-Петербурга для использования в качестве дезинфекционного покрытия, понижающего бактериальный фон в лечебных учреждениях С.-Петербурга.

Формула изобретения

\\\1 1. Композиция, обладающая биоцидным действием, на основе водосодержащих растворов комплексов полигексаметиленгуанидина и минеральных кислот, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит комплексы полигексаметиленгуанидина и органических кислот и политетрафторэтилен при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: \ \\3 Комплексы полигексаметиленгуанидина и минеральных кислот \\\7 25,0 - 90,0 \\\3 Комплексы полигексаметиленгуанидина и органических кислот \\\7 0,2 - 15,0 \\\3 Политетрафторэтилен \\\7 8,0 - 70,0 \ \\3 Растворитель \\\7 Остальное \\\2 2. Способ получения композиции, обладающей биоцидным действием, путем последовательного смешения компонентов, отличающийся тем, что первоначально смешивают между собой комплексы полигексаметиленгуанидина и кислот, выдерживают полученную смесь не менее 20 мин при комнатной температуре, после чего добавляют эмульсию или раствор политетрафторэтилена и сушат полученный продукт.

РИСУНКИ

Рисунок 1