Разработка композитных дезинфектантов нового поколения

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ ДЕЗИНФЕКТАНТОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ ПЕРФТОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

М.К. Б АКУЛ И Н, СВ. ДАРМОВА, В.М. Б АКУЛ И Н,
А.С. ГРУД ЦЫ НА, А.С. КУЧЕРЕНКО, Е.М. ГОРДЕЕВА, В.И. ПОЛИЩУК
Вятский Государственный университет, г. Киров

В работе представлены результаты разработки дезинфектантов нового поколения с использованием эмульгированных перфторорганических соединений (ПФОС) в качестве основы композиционных нанокластеров-интерфейсов с микробоцидной активностью. Показана высокая микробоцидная эффективность разработанных дезсредств в отношении тест-культур микроорганизмов родов Bacillus, Staphylococcus, Pseudomonas, Clostridium, Aspergillus и Fusarium.

Проблема разработки дезинфектантов для борьбы с микроорганизмами, вызывающими инфекционные заболевания у людей и животных, порчу пищевых продуктов, биодеструкцию материалов, биообрастание оборудования, весьма актуальна, несмотря на большой выбор биоцидных препаратов, используемых для дезинфекции и деконтаминации поверхностей помещений и обеззараживания различных материалов. В настоящее время рынок дезинфектантов насчитывает более 600 препаратов. Создание дезсредств (ДС) нового поколения требует инновационных подходов в теории и практике их разработки. Основными требованиями при разработке принципиально новых дезинфектантов (ДС), обладающих высоким уровнем эффективности, являются снижение токсичности при повышении технико-экономических показателей в технологии их применения. Гипотетически предлагается достичь небывало малых концентраций активно действующих веществ рабочих ДС при отсутствии «вредной» нагрузки на персонал и окружающую среду. Перспективным направлением служит применение наноматериалов.

Нами была рассмотрена возможность использования в составе дезинфектантов эмульгированных перфто-рорганических соединений (ПФОС), которые образуют в составе дезсредства нанокластеры-интерфейсы, состоящие из наночастиц-контейнеров ПФОС с иммобилизованными на них молекулами активно действующих веществ (АДВ) . Такие нанокластеры-интерфейсы обладают способностью доставки АДВ и облегчения их проникновения в микроорганизм, чем обеспечивается точечная и адресная доставка АДВ к жизненно важным структурам клетки. В ДС использованы перфтордека-лин или перфтор-1,3-диметилциклогексан (ПФЦГ), обладающие комплексом уникальных физико-химических свойств .

Целью настоящей работы являлись разработка и экспериментальная оценка эффективности композиционных дезинфектантов нового поколения, содержащего в своем составе эмульгированные ПФОС.

Материал и методы исследований

Реактивы. В работе использованы дезинфектанты и их компоненты отечественного производства: алкилдиметилбензиламмоний хлорида (Катамин АБ) ТУ 9392-00348482528, перекись водорода по ГОСТ 10929-76, этиловый спирт по ТУ 6-09-1710-77, глутаровый аль-дегид по ТУ 8-20603.1000, сульфонол (натриевая соль алкилбензолсульфокислоты) по ТУ 2481 -135-07510508-2007, перфтор-1,3-диметилциклогексан (ПФЦГ) по ТУ 95-1693-88 или перфтордекалин (ПФД) по ТУ 95-1233-92, вода по ГОСТ 6709-72 либо ГОСТ 2874-82.

Штаммы микроорганизмов. В качестве тест-микробов использовали лабораторные штаммы Bacillus cereus 94-1, Bacillus subtilis 5, Staphylococcus aureus 906, Pseudomonas aeruginosa 423, Clostridium septicum № 59, Aspergillus niger 645 и Fusarium sporotrichiella var. poaeBKMF-1606.

Питательные среды. В качестве питательных сред использованы среды: мясопептонный агар, агаровые среды Эндо, Сабуро на основе солянокислотного гидролизата казеина, приготовленные по рекомендованным прописям и технологиям.

Микробиологические методы. Показатели эффективности дезинфектантов определяли методами, изложенными в «Инструкции по определению бактерицидных свойств новых дезинфицирующих средств №739-68»  и  в  нормативном  документе,  утверждённом Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации и Председателем Госстандарта России «Методы испытаний дезинфекционных средств для оценки их безопасности и эффективности» (Москва, 1998 г.).

Бактерицидное действие препаратов исследовано в параллельных рядах при экспозиции 60 мин. Для определения концентрации микроорганизмов использован оптический стандарт мутности производства ГИСК им. П.А. Тарасевича (г. Москва), стерильный физиологический раствор. При приготовлении раствора нейтрализатора на основе буферированного физиологического раствора использовали в качестве добавок: 3,0% Твин-80; 5,0% обезжиренное молоко; 0,1% цистеин; 0,5% тиосульфат натрия; 3,0% сапонина и стерильная водопроводная вода. Испытания проводились на батистовых (бязевых) тест-объектах размером 2x2 см без белковой и с белковой нагрузкой, пропитанных взвесью, содержащей в 1 см3 2x109 вегетативных микробных клеток (спор бактерий или грибов) по оптическому стандарту мутности производства ГИСК им. Л.А.Тарасевича. Для установления влияния белковой нагрузки (органического загрязнения) на уровень антимикробной активности дезинфектанта использовалось нанесение на тест-объект соответствующей микробной культуры с 10% лошадиной сыворотки. Микробоцидное (фунгицидное, бактерицидное и спороцидное) действие было исследовано в параллельных рядах при экспозиции 60 мин.

Посевы проб на плотных питательных средах, отобранных после воздействия дезинфектантов, оценивали через 2-5 суток. Результаты контроля микробоцидного действия фиксировались по наличию (+), существенному угнетению или наличию единичных колоний (±) или отсутствию роста (-).

Результаты контроля бактерицидного, фунгицидного и спороцидного действия оценивались по наличию или отсутствию роста, включая динамику в контрольных и опытных рядах.

Результаты и обсуждение. В состав разработанных нами композиционных ДС введены с содержанием по массе (%): алкилдиметилбензиламмоний хлорид (10,0), перекись водорода (5,0), этиловый спирт (5,0), глутаровый альдегид (0,5), сульфонол (1,0), ПФД или ПФЦГ (1,0) и вода (78,0).

При приготовлении препарата ДС перфтордекалин или перфтор-1,3-диметилциклогексан заливаются в емкость, содержащую водный раствор сульфонола при температуре 20-25°С, в соотношении 20 объемных частей ПФОС к 80 объемам 50%-ного раствора ПАВ. Полученная неоднородная смесь подвергается процедуре получения дисперсии ПФОС в растворе ПАВ путем перемешивания в течение 30 мин. на высокоскоростной мешалке без доступа воздуха и газов при скорости вращения ротора не менее 4 тыс. об./мин. с погружением вращающейся лопасти или турбины мешалки в перфтордекалин. Затем добавляют спиртовый раствор глутарового альдегида и алкилдиметилбензиламмоний хлорида, а также водный раствор перекиси водорода и проводят перемешивание без доступа газов при скорости вращения ротора 1000 об./мин. Получение эмульсии данным методом повышает однородность ДС с размером частиц в диапазоне от 50 до 1000 нм и, что весьма немаловажно, стабильность при хранении.

При соединении водного раствора сульфонола, обладающего выраженными свойствами поверхностно-активных  веществ  (ПАВ),  с перфтордекалином,  его молекулы образуют адсорбционный слой на частицах ПФОС, часть молекул остается в эмульсии в свободной, мицеллярной форме. Молекулы сульфонола, связавшиеся с перфторуглеродными частицами, обладают большей гидрофобностью по сравнению со свободными молекулами. Поскольку именно гидрофобность молекул ПАВ определяет их активность в отношении биологических систем, наличие свободных высокогидрофобных форм ПАВ в растворе также обусловливает повышение биодеструктивной активности ДС для спорообразующих микроорганизмов в конечной эмульсии, входящей в состав дезинфицирующего средства.

Ингредиенты данной композиции, введенные в нее в указанных количествах, оказывают взаимное влияние друг на друга и обеспечивают проявление не только уже известных для них бактерицидных эффектов, но и позволяют получить сверхсуммарный эффект.

Одновременное использование четвертичной аммонийной соли, глутарового альдегида и перекиси водорода с эмульсией перфтордекалина и сульфонола позволяет получить нанокластеры-интерфейсы, состоящие из наночастиц-контейнеров ПФОС с иммобилизованными на них молекулами АДВ, обеспечивающих усиление микробоцидного и спороцидного действия ДС.

Препарат представляет собой светло-жёлтую, слегка опалесцирующую в проходящем свете жидкость, не оказывает раздражающего действия на кожу при длительном применении, не вызывает деструкции обрабатываемой поверхности, коррозии металлов.

Подтверждением высокой микробоцидной активности разработанного ДС служили сравнительные эксперименты с использованием контрольных препаратов ДС и лабораторных штаммов микроорганизмов родов Bacillus, Staphylococcus, Pseudomonas, Clostridium, Aspergillus и Fusarium.

Для подтверждения высокой эффективности разработанных ДС были проведены сравнительные эксперименты оценки их активности с контрольными препаратами, составы которых указаны в табл. 1. Рабочие растворы всех ДС готовили в одинаковых условиях.

Таблица 1

Составы разработанных и контрольных ДС

 

 

Компонент

Содержание в дезинфицирующем средстве №..., масс.%

препараты с ПФОС

контрольные ДС

прото­тип

1

2

3

4

5

6

ПФД

1,0

-

-

-

-

-

ПФЦГ

 

1,0

 

 

 

 

Сульфонол

1,0

1,0

2,0

-

-

-

Глутаровый альдегид

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

1,5

Перекись водорода

5,0

5,0

5,0

5,0

-

10,0

Этиловый спирт

5,0

5,0

5,0

5,0

10,0

10,0

Глиоксаль

-

-

-

-

6,5

-

Бензотриазол

-

-

-

-

-

3,0

Неионогенный ПАВ

-

-

-

-

8,0

-

Три л он Б/вода

-

-

-

-

0,12

-

Алкилдиметил­бензиламмоний хлорид

10,0

10,0

10,0

10,0

25,0

22,5

Вода

77,5

77,5

77,5

79,5

49,88

55,0

Примечание. 1 и 2 - варианты разработанных ДС с ПФОС; 4-6 - контроль: ДС без ПФОС; 7 - лизафин; 8 - прототип ДС (см. RU 2 286 145 С1 от 15.03.2005).

Результаты экспериментов свидетельствовали, что разработанные ДС №1 и №2, обладают более высоким уровнем активности в отношении тест-штаммов бактерий и грибов, чем контрольные и прототипный ДС №№ 3-6, о чем свидетельствовала гибель при концентрации 0,2% ДС всех вегетативных форм тест-штаммов бактерий, а при концентрации 0,5% ДС - всех устойчивых форм микробов, даже при наличии в культуре органического загрязнения (сыворотки) (табл. 2, 3).

Эффективной концентрацией рабочего раствора, при которой гибнут все микробные формы бактерий и грибов (споровые и вегетативные), т.е. наблюдается полный бактерицидный и спороцидный эффект даже органического загрязнения (сыворотки), следует признать 0,5%. Контрольные составы ДС (табл. 1, № 4-6) уступали разработанным по антимикробной активности.

Следует отметить, что разработанные составы дезинфицирующих средств характеризуются повышенной экологической и токсикологической безопасностью по сравнению с аналогами и прототипом. Результаты оценки токсичности дезинфицирующих средств по К.К. Сидорову показали, что сред несмертельные (LD50) дозы заявляемого дезинфицирующего средства при подкожном и внутрибрюшинном введении белым мышам превышали соответственно 4500 и 3000 мг/кг массы животных, что позволило отнести заявляемые средства к относительно безвредным соединениям или 6 классу токсичности (по К.К. Сидорову).

Составы ДС № 5 (аналог) и №6 (прототипный препарат ДС нового поколения, описанный в патенте RU 2 286 145 С1 от 15.03.2005), содержащие токсичные ингредиенты (бензотриазол) и большие концентрации алкилдиметилбензиламмония хлорида, перекиси водорода, спирта, а также ряд других компонентов, отсутствующих в заявляемом средстве, обладают в 3-30 раз более высокой токсичностью для животных при подкожном и внутрибрюшинном введении, хотя и относятся к классу малотоксичных веществ (класс 4).

Исследования по хранению разработанных ДС в течение 2 лет в полиэтиленовой таре при воздействии температуры в диапазоне от 5 до 25°С с последующей оценкой микробоцидного действия позволили установить, что препараты устойчивы к воздействию внешних факторов, сохраняют свойства свежеприготовленного раствора на протяжении хранения не менее двух лет.

Таблица 2

Действие дезинфектантов на споры бацилл и клостридии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Штамм

№ дезин-фектанта (см. табл. 1)

Наличие органиче­ского за­грязнения (сыворотки)

Наличие жизнеспособных спор на тест-объектах, пропитанных взвесью 2x109 спор/см3, после воздействия ДС в концентрации..., %

0,2

0,5

1,0

В. subtilis 5

1

есть

+

-

-

нет

-

-

-

2

есть

±

-

-

нет

-

-

-

4

есть

+

+

±

нет

+

+

+

6

есть

+

+

±

нет

+

+

+

7

есть

+

+

+

нет

+

±

-

8

есть

+

+

+

нет

+

±

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В. cereus 94-1

1

есть

+

-

-

нет

-

-

-

2

есть

+

-

-

нет

-

-

-

4

есть

+

+

+

нет

+

+

+

6

есть

+

+

+

нет

+

+

+

7

есть

+

+

±

нет

±

±

-

8

есть

+

+

±

нет

±

±

-

С. septicum 59

1

есть

±

-

-

нет

-

-

-

2

есть

±

-

-

нет

-

-

-

4

есть

+

+

+

нет

+

+

+

6

есть

+

+

+

нет

+

+

+

7

есть

+

+

+

нет

+

+

-

8

есть

+

+

+

нет

+

+

-

Примечание. В настоящей и последующих табл. (2-6) результаты контроля микробоцидного действия фиксировались: (+) - есть рост микробной культуры; (±) - рост микробной культуры существенно угнетен (наличие единичных колоний); (-) - рост микробной культуры отсутствует.

Таблица 3

Действие ДС на бактерии родов Staphylococcus и Pseudomonas микромицеты родов Aspergillus и Fusarium

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Штамм*

№ де-зинфек-танта (см. табл.1)

Наличие органического загрязнения (сыворотки)

Наличие живых бактерий на тест-объектах, пропитанных взвесью 2x109 бактерий/см3, после воздействия ДС в концентрации..., %

0,2

0,5

1,0

S. aureus 906 или P. aeruginosa 423

1

есть

-

-

-

нет

-

-

-

2

есть

-

-

-

нет

-

-

-

3

есть

+

-

-

нет

-

-

-

4

есть

+

+

-

нет

+

+

-

5

есть

±

±

-

нет

-

-

-

6

есть

±

±

-

нет

-

-

-

ger 645 или F. sporotri-la var. poae BKMF-1606

1

есть

±

-

-

нет

-

-

-

2

есть

+

-

-

нет

-

-

-

4

есть

+

+

+

нет

+

±

±

6

есть

+

+

±

нет

+

±

-

7

есть

+

+

±

нет

+

+

-

A. n chie

8

есть

+

+

+

нет

+

+

-

Примечание. Ввиду однотипности показателей активности растворов ДС на вегетативные формы бактерий родов Staphylococcus и Pseudomonas, а также на микромицеты родов Aspergillus и Fusarium эти микроорганизмы в таблице объединены в две группы.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование ПФОС в кластерной технологии при разработке ДС нового поколения позволяет обеспечить облегченное проникновение композиционного кластера в микроорганизм при сохранении АДВ от разрушающего защитного воздействия клетки и доставку требуемого количества АДВ к мишени в микроорганизме. При этом суммарные затраты на инактивацию микроорганизма за счет точечного воздействия ДС меньше, чем при традиционных технологиях.

Выводы

1.  В  экспериментах   с   микроорганизмами   родов Bacillus,    Staphylococcus,    Pseudomonas,    Clostridium, Aspergillus и Fusarium показано, что антимикробная активность разработанных ДС существенно превышает активность исследованных прототипных ДС, что можно объяснить взаимным влиянием ингредиентов состава друг на друга, усилением активности за счет использования эмульсии нано- и микрочастиц ПФОС, обеспечивающих транспорт комплекса микробоцидных компонентов дезинфицирующего средства через микробны мембраны в клетку, физико-химическими механизмами воздействия на живые вегетативные клетки и споры прокариот и эукариот комбинации активных веществ и получаемых при их взаимодействии промежуточных соединений, содержащих реакционноспособные группы.

2.  Можно предположить, что проявляющиеся одновременно различные механизмы взаимодействия реакционноспособных компонентов, входящих в состав разработанных   ДС,   с   функционально-структурными компонентами клеток микроорганизмов, изменяют биоэнергетику клетки, деструктивно влияют на клеточные структуры и кинетику переноса ионов через липофильные мембраны, нарушают проницаемость мембранных структур, блокируют работу пермеаз и митохондриального «генератора» клетки, прекращают функционирование ферментативного и электрохимических комплексов,  обеспечивают усиление  синергидного действия используемых дезинфектантов и проявление не только уже известных для них бактерицидных эффектов, но и позволяют получить сверхсуммарный эффект.

www.veterinarymedicine.ru Ветеринарная медицина № 5-6, 2010

 

 

 

Реклама на сайте