Введение к работе
Актуальность работы
Несмотря на успехи химии синтетических препаратов, натуральные бактериоцины не потеряли своей ценности и значимости для решения задач деконтаминапии биотехнологических, сельскохозяйственных, ветеринарных, медицинских, промышленных, лабораторных, офисных и др. помещений. Натуральные природные вещества обладают антимикробным действием и оказываются в большинстве случаев достаточно эффективными, не оказывают негативного влияния на организм человека, животных и рыб, не требуют увеличения дозировки вещества со временем, не приводят к повышению резистентности микроорганизмов к этим препаратам.
В частности, известная своей противомикробной активностью смола сосны, полученная методом ультразвуковой экстракции, отличается повышенной биологической активностью, так как не подвергается в процессе выделения действию высоких температур и содержит эфирное масло, обладающее бактерицидными свойствами. Прямое применение смолы сосны, как, впрочем, и других смолоподобных природных соединений, весьма затруднительно, поскольку они, как правило, отличаются низкой растворимостью в воде, а их растворы в органических растворителях в ряде случаев противопоказаны для применения в медицине, парфюмерии или в товарах бытового назначения.
Разработка новых форм препаратов смолы сосны и других природных смолоподобных соединений, методов их получения и использования для снижения обсемененности промышленных и офисных помещений является актуальной задачей, поскольку решает проблему снижения обсемененности промышленных помещений, рыбоводных бассейнов, проблему улучшения условий труда производственного персонала и офисных работников, а также проблему утилизации смолы, как отхода производства.
Цель работы
Разработка методов использования сосновой смолы, а также других, аналогичных
по консистенции и свойствам веществ, для деконтаминапии рабочих поверхностей промышленных объектов и воздуха в помещениях целевого назначения.
Основные задачи исследования
Разработать ультразвуковые методы получения водных микросуспензий и аэрозолей препаратов экстракционной сосновой смолы и, для сравнения, смолоподобного вещества прополиса;
Разработать экспресс - метод измерения плотности акустической энергии в поле низкочастотных ультразвуковых излучателей;
Изучить возможные изменения свойств водных растворов при их ультразвуковом распылении;
Исследовать действие аэрозоля суспензии сосновой смолы, прополиса, а также некоторых эфирных масел на микроорганизмы. Испытать полученные аэрозоли в производственных условиях для снижения бактериальной обсемененности промышленных, лабораторных и офисных помещений.
Научная новизна
Впервые показано, что трансформируемая ультразвуком в водные суспензии, а затем аэрозоли смола сосны, а также другие природные смолоподобные вещества, такие как прополис, обладают высокой антимикробной активностью.
Впервые экспериментально подтверждено явление обогащения поверхностных слоев жидкости растворенными в ней поверхностно-активными веществами. Показано, что трансформация ультразвуком поверхностных слоев водной среды в аэрозоль приводит к концентрированию в аэрозоле, а затем и в сконденсированной жидкости поверхностно-активных составляющих раствора. Эффект превышения концентрации поверхностно активного вещества в конденсате аэрозоля над его концентрацией в исходном растворе, является основанием для разработки нового метода концентрирования.
Предложен новый экспресс-метод измерения плотности акустической энергии, позволяющий оценивать данную физическую величину с помощью лабораторных весов. Практическая значимость
Разработаны новые методы и технические решения, имеющие прикладное значение:
- Метод измерения мощности ультразвукового излучения, позволяющий
оценивать энергетические параметры ультразвукового поля (заявка на патент
№2009123519/28(032537).
Способ оценки распределения плотности энергии в ультразвуковом поле (патент РФ № 2386111, Бюлл. №10)
Способ выделения поверхностной компоненты из жидкой гетерогенной среды, позволяющий концентрировать поверхностно-активные составляющие раствора при его ультразвуковой трансформации в аэрозоль, обеспечить снижение энергопотребления, исключить температурные воздействия, обусловить возможность непрерывной сепарации полезного метаболита в процессе его биосинтеза, исключить необходимость в фильтрах, сорбентах и других сменных или регенерируемых функциональных элементах, что делает этот метод удобным для решения ряда практических задач (Патент РФ №2393903, Бюлл. №19).
- Получен препарат из экстракционной смолы сосны, трансформируемой в
аэрозоль с помощью ультразвука, который испытывался в производственных условиях
на ФГУ «Ардонский лососевый рыбоводный завод», в НП «Межрегиональный
Общественный институт защиты Биоресурсов» и в ООО «АКВАТЕХНОПАРК» - в рамках проекта «НИОКР по разработке технологии стимулирования выживаемости, роста и развития личинок и молоди ценных видов и пород рыбы с применением ультразвукового воздействия и биологически активных соединений» и проекта «Разработка технологии физического (ультразвукового) воздействия на биообъекты в замкнутых системах выращивания, с целью повышения их продуктивности и выживаемости при поставках за рубеж» (НИР по договору №6284р/8908 от 09.12.2008г). Мягкость действия водной суспензии сосновой смолы, хорошая переносимость человеком, отсутствие противопоказаний и токсических проявлений при длительном применении, выраженное биорегулирующее действие, - все это дает возможность для его массового и индивидуального использования. Микросуспензия смолы сосны, наряду с другими аналогичными препаратами весьма перспективна для изготовления лечебных, профилактических, косметических и санитарно-гигиенических средств типа гелей, спреев, бальзамов, кремов, лосьонов и жидкостей для пропитки салфеток дезинфицирующего и оздоравливающего действия с антибактериальной и антивирусной активностью без побочных эффектов для человека и животных.
- Наработаны опытные партии «Смолы сосновой пропиленгликолевой
экстрактивной» для использования в качестве сырья в производстве косметических
препаратов и бытовой химии, которые переданы 000 «Инвистра» и 000 «Ребион», а
также испытаны на практике.
- На основании проведенных исследований разработан Лабораторный регламент
ЛР-01-2010 на маломасштабное производство препарата из смолы сосны для
деконтаминапии промышленных поверхностей и воздуха.
Суспензию сосновой смолы, полученную УЗ методом, можно вводить в составы парфюмерно-косметических и лечебно-профилактических композиций, применять в качестве самостоятельного продукта для освежения воздуха в производственных и жилых помещениях и снижения его обсемененности микроорганизмами.
Основные методы, разработанные в рамках выполнения работы, защищены патентами (Способ оценки распределения энергии в ультразвуковом поле - Патент РФ № 2386111; Способ выделения поверхностно активной компоненты из жидкой гетерогенной среды - Патент РФ № 2393903; Способ экстрагирования - Патент РФ № 2393905; Способ кондиционирования растительного сырья - Патент № 2394419). Апробация работы Результаты исследований представлены на: научной конференции студентов и
молодых ученых МГУИЭ, Москва, апрель 2008г.; апрель 2009г.; апрель 2010г.; на
выставке РУСНАНОЭКСПО, Москва, декабрь 2008 г.; декабрь 2009 г.; V Московском
международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития»,
Москва, март 2009г.; совместной конференции Совета РАН по акустике и XXII сессии РАО, Москва, июнь 2010 г.
Публикации
Материалы диссертации представлены в 16 публикациях, в том числе в журнальных статьях, в тезисах докладов, в 5 патентах и заявке на патент. Из них, 10 публикаций в изданиях из списка ВАК РФ.
Структура и объем работы
