[LT] Išradime aprašytas metodas, skirtas medicininės paskirties audinių biologinės saugos parametrų, įskaitant antimikrobinį poveikį, pagerinimui, naudojant metalų ir (arba) jų oksidų nanoklasterius, nusodintus ant audinio paviršiaus, naudojant žaliosios chemijos, t.y. nusodinimą žematemperatūrės plazmos aplinkoje, technologijas. Nanoklasterių nusodinimas atliekamas vakuuminėje kameroje darbinių Ar arba O2 arba Ar+O2 dujų aplinkoje, esant slėgiui 1-10 Pa. Nanoklasterių nusodinimas atliekamas žematemperatūrėje plazmoje, neviršijančioje 50 ºC, taikant 120-200 W plazmos generavimo galią, išlaikant patalpintus tarp katodų audinius plazmoje 15-180 min. Katodai yra pagaminti iš medžiagos, parinktos, tuo neapsiribojant, iš grupės, susidedančios iš Cu, Ag, Fe, Zn. Naudojant šį metodą, audinius galima padengti iš vienos arba iš abiejų pusių tos pačios medžiagos nanoklasteriais, arba abi puses galima padengti skirtingų medžiagų nanoklasteriais. Audiniai, modifikuoti metalų ir (arba) metalų oksidų nanoklasteriais pagal šio išradimo technologiją, įgyja atsparumą įvairiems patogenams ir gali būti panaudoti medicininės paskirties apsaugos priemonių, pavyzdžiui, medicininių veido kaukių, gamybai.
[EN] The invention describes a method for improving the biological safety parameters of medical tissues, including antimicrobial effects, using nanoclusters of metals and/or their oxides deposited on the surface of the tissue using green chemistry, i.e. deposition in a low-temperature plasma environment, technologies. The deposition of nanoclusters is carried out in a vacuum chamber in the environment of working gases Ar or O2 or Ar+O2 at a pressure of 1-10 Pa. Deposition of nanoclusters is carried out in a low-temperature plasma not exceeding 50 ºC, using a plasma generation power of 120-200 W, keeping the tissues placed between the cathodes in the plasma for 15-180 min. The cathodes are made of a material selected from, but not limited to, the group consisting of Cu, Ag, Fe, Zn. Using this method, tissues can be coated on one or both sides with nanoclusters of the same material, or both sides can be coated with nanoclusters of different materials. Fabrics modified with metal and/or metal oxide nanoclusters according to the technology of the present invention acquire resistance to various pathogens and can be used for the production of medical protective equipment, such as medical face masks.
[0001] TECHNIKOS SRITIS
[0002] Išradimas skirtas medicininės paskirties audinių biologinės saugos parametrų, tokių kaip antimikrobinis poveikis, pagerinimui, naudojant metalų ir/ar jų oksidų nanoklasterius, nusodintus ant audinio paviršiaus, naudojant žaliosios chemijos technologijas žematemperatūrės plazmos aplinkoje. Panaudojant siūlomą technologinį sprendinį, galima ant audinių paviršiaus nusodinti elementinius arba elementų junginių nanoklasterius, pavyzdžiui, Ag, Au, Cu, CuO, Ti, TiOx, C-pagrindo struktūros ir t.t., bei jų kompleksinius darinius, pavyzdžiui, Ag2O-CuO. Audiniai, modifikuoti metalų ir/ar metalų oksidų nanoklasteriais pagal šio išradimo technologiją, įgyja atsparumą įvairiems patogenams ir gali būti panaudoti medicininės paskirties apsaugos priemonių, pavyzdžiui, medicininių veido kaukių, gamybai.
[0003] TECHNIKOS LYGIS
[0004] Yra visa eilė oksidų ‒ CuO, Ag2O, Fe2O3, TiO2, ZnO ir t.t., kurie pasižymi stipriu antimikrobiniu poveikiu. Tarp jų vienas iš plačiausiai naudojamų praktikoje yra CuO, kuris yra stabilus įvairiose terpėse, pasižymi antimikrobiniu poveikiu plačiame diapazone ir yra sąlyginai nebrangus (Román, L.E.; Amézquita, M.J.; Uribe, C.L.; Maurtua, D.J.; Costa, S.A.; Costa, S.M.; Keiski, R.; Solís, J.L.; Gómez, M.M. In situ growth of CuO nanoparticles onto cotton textiles. Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. 2020, 11, 025009).
[0005] Šiuo metu cheminio nusodinimo technologijos yra naudojamos, sudarant įvairius klasterius ir nanoklasterius ant tekstilės pagrindo medžiagų (Raghunath, A.; Perumal, E. Metal oxide nanoparticles as antimicrobial agents: A promise for the future. Int. J. Antimicrob. Agents 2017, 49, 137–152). Paprastai šių metodų panaudojamas yra susietas su keliais technologiniais žingsniais, kurie prailgina audinio padengimo laiką ir pabrangina galutinius produktus. Be to, taikant šiuos būdus, panaudojami įvairūs tirpalai, kurie lieka kaip atliekos, kurias reikia papildomai utilizuoti, ir tai gali turėti neigiamą įtaką aplinkai. Taip pat, naudojant cheminius metodus, yra sunku padengti skirtingas medžiagas ant skirtingų audinio pusių, išvengiant dengiamų medžiagų susimaišymo.
[0006] JAV patente Nr. US10370789 aprašytas audinių antimikrobinis apdorojimas, padengiant juos Mg, Zn arba Cu nanoklasteriais, atliekamas ultragarsinės sonochemijos būdu vandens ir tirpiklio tirpale. Vis dėlto, būdas negali būti priskirtas žaliosios chemijos technologijai.
[0007] IŠRADIMO ESMĖ
[0008] Šio išradimo tikslas yra pasiūlyti naują elementinių nanoklasterių, pavyzdžiui, Ag, Au, Cu, CuO, Ti, TiOx, C-pagrindo struktūros ir t.t., bei jų kompleksinių darinių, pavyzdžiui, Ag2O-CuO, nusodinimo, panaudojant žematemperatūrės plazmos technologijas, būdą ant daugiausia tekstilės pagrindo audinių, naudojant aplinkai draugiškas žaliosios chemijos technologijas. Panaudojant šiame išradime aprašomą technologiją, gaunami įvairūs metalų ir arba metalų oksidų nanoklasteriai ant tekstilės pagrindo medžiagų. Pagrindinis metodo naujumas ir privalumas: skirtingos medžiagos gali būti padengiamos ant skirtingų paviršių, nesumaišant jų tarpusavyje, ir, panaudojant kontroliuojamus magnetinius laukus, galima keisti dalelių tankį atskirose audinio vietose. Padengimas atliekamas žemo vakuumo sąlygomis, panaudojant aplinkai draugiškas darbines dujas Ar, O2 ir elektros energiją plazmos generavimui. Jei panaudojama elektros energija iš atsinaujinančių elektros energijos šaltinių, pavyzdžiui, saulės ar vėjo, padengimo metu nesusidarant jokiems likutiniams junginiams, metodas priskirtinas aplinkai draugiškos žaliosios chemijos grupei.
[0009] Panaudojant siūlomą metodą, gauti modifikuoti tekstilės pagrindo audiniai įgyja atsparumą šiems (neapsiribojant) patogenams: Enterobacter cloaceae (E. cloacae), Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae), Salmonella enterica (S. enterica) Citrobacter freundii (C. freundii), Pasteurella multocida (P. multocida), Acinetobacter baumanii (A. baumanii) Staphylococcus haemolyticus (S. haemolyticus), Enterococcus faecium (E. faecium), Candida tropicalis (C. tropicalis). Audiniai, modifikuoti nanoklasteriais, gali būti panaudoti medicininės paskirties apsaugos priemonių, pavyzdžiui, medicininių veido kaukių gamybai.
[0010] Nanoklasterių nusodinimo metu, sintezės eksperimentai atliekami žemo vakuumo (1-10 Pa) sąlygomis, panaudojant žematemperatūrės plazmos technologijas, kur medicininės paskirties audinys yra talpinamas tarp dviejų katodų, iš kurių plazmoje yra išmušami medžiagos atomai ir jie nusėda ant audinio paviršiaus. Katodus galima parinkti pagamintus iš tos pačios medžiagos, pavyzdžiui, Cu, ir, esant inertinėms argono dujoms kaip darbinėms, ant abiejų audinio pusių nusėda Cu nanoklasteriai. Pakeitus darbines dujas į reaktyvias, pavyzdžiui, deguonį, ant audinių paviršiaus yra gaunami vario oksido nanoklasteriai. Katodus galima parinkti pagamintus iš skirtingų medžiagų, pavyzdžiui, vienas katodas ‒ Ag, kitas katodas ‒ Cu, tuomet ant skirtingų paviršių bus gaunami skirtingų elementų nanoklasteriai. Panaudojant siūlomas technologijas galima kontroliuoti nusodinimo intensyvumą skirtingose audinio vietose. Priartinus magnetus arčiau vienas kito, plazma yra kondensuojama siauresniame audinio paviršiuje, arba jei atstumas tarp magnetų padidinamas – visame audinio paviršiuje. Medžiagų nusodinimas yra atliekamas žemoje temperatūroje, neviršijančioje 50 °C, ant audinio paviršiaus, ir nusodinimo laikas, priklausomai nuo nanoklasterių padengimo tankumo, gali kisti nuo 15 iki 180 min, esant atitinkamam audinio-katodo atstumui nuo 5 iki 10 cm ir plazmos generavimo galiai nuo 120 iki 200 W.
[0011] BRĖŽINIŲ PAVEIKSLŲ APRAŠYMAS
[0012] Toliau išradimas bus aprašytas su nuoroda į jį paaiškinantį paveikslą, kuriame pateikta šio išradimo nusodinimo įrenginio konfigūracija.
[0013] Išradimo realizavimo aprašymas
[0014] Panaudojant šio išradimo technologinį sprendinį, galima, panaudojant žematemperatūrės plazmos technologijas, ant audinio paviršiaus nusodinti elementinius arba elementų junginių nanoklasterius, pavyzdžiui, Ag, Au, Cu, CuO, Ti, TiOx, C-pagrindo struktūros ir t.t., bei jų kompleksinius darinius, pavyzdžiui, Ag2O-CuO, kurie pasižymi stipriu antimikrobiniu poveikiu plačiame diapazone.
[0015] Medicininės paskirties audinių biologinės saugos, t.y., antimikrobinio poveikio pagerinimas pagal šį išradimą, nusodinant nanoklasterius ant apdorojamo audinio paviršiaus, realizuojamas vakuuminėje kameroje, schematiškai pavaizduotoje pav. 1. Audinys 1 yra talpinamas į vakuuminę kamerą tarp dviejų katodų 2 ir 3, iš kurių plazmoje yra išmušami medžiagos atomai ir jie nusėda ant audinio 1 paviršiaus. Katodus 2 ir 3 galima parinkti pagamintus iš tos pačios medžiagos, pavyzdžiui, Cu, arba katodus 2 ir 3 galima parinkti pagamintus iš skirtingų medžiagų, pavyzdžiui, vienas katodas ‒ Ag, kitas katodas ‒ Cu.
[0016] Į vakuuminę kamerą prileidžiama darbinių dujų 4 iki 1-10 Pa slėgio. Tai gali būti inertinės dujos, pavyzdžiui, argonas, arba tai gali būti reaktyvios dujos, pavyzdžiui, deguonis, arba tai gali būtų jų mišinys Ar+O2. Inicijuojama 120-200 W plazmos generavimo galia ir audinys 1 išlaikomas plazmoje, esant žemai temperatūrai iki 50 °C, 15-180 min., išlaikant atstumą tarp audinio 1 ir katodų 2 ir 3 tarp 5-10 cm. Audinio 1 apdorojimo laikas priklauso nuo pageidaujamo nanoklasterių padengimo tankumo.
[0017] Priartinus magnetus 5 ir 6 arčiau vienas kito, plazma yra kondensuojama siauresniame audinio 1 paviršiuje. Jei atstumas tarp magnetų 5 ir 6 padidinamas, plazma kondensuojama didesniame audinio 1 paviršiuje.
[0018] Kuomet abu katodai 2 ir 3 yra iš tos pačios medžiagos, pavyzdžiui, Cu, užpildžius vakuuminę kamerą inertinėmis argono dujomis, ant abiejų audinio 1 pusių nusėda Cu nanoklasteriai. Pakeitus darbines dujas reaktyviomis, pavyzdžiui, deguonimi, ant audinio 1 paviršiaus nusėda vario oksido nanoklasteriai. Kuomet katodai 2 ir 3 yra pagaminti iš skirtingų medžiagų, pavyzdžiui, katodas 2 yra Ag, o katodas 3 yra Cu, tada ant skirtingų audinio 1 paviršių bus gaunami skirtingų elementų Ag ir Cu nanoklasteriai.
[0019] Audiniai, modifikuoti metalų ir/ar metalų oksidų nanoklasteriais pagal šio išradimo technologiją, įgyja atsparumą tokiems patogenams (neapsiribojant) kaip Enterobacter cloaceae (E. cloacae), Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae), Salmonella enterica (S. enterica) Citrobacter freundii (C. freundii), Pasteurella multocida (P. multocida), Acinetobacter baumanii (A. baumanii) Staphylococcus haemolyticus (S. haemolyticus), Enterococcus faecium (E. faecium), Candida tropicalis (C. tropicalis), ir gali būti panaudoti medicininės paskirties apsaugos priemonių, pavyzdžiui, medicininių veido kaukių, gamybai.
1. Medicininės paskirties audinių biologinės saugos parametrų pagerinimo būdas, sudarant nanoklasterius ant tekstilės pagrindo medžiagų, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad:
- apdorojamas audinys (1) yra talpinamas į vakuuminę kamerą tarp dviejų katodų (2, 3), susietų su atitinkamais magnetais (5, 6);
- į vakuuminę kamerą prileidžiama darbinių dujų (4) iki 1-10 Pa slėgio;
- inicijuojama 120-200 W plazmos generavimo galia ir audinys (1) išlaikomas plazmoje, esant žemai temperatūrai iki 50 °C, 15-180 min., išlaikant atstumą tarp audinio (1) ir katodų (2, 3) tarp 5-10 cm;
- plazmoje iš katodų (2, 3) išmušti medžiagos atomai nusėda ant audinio (1) paviršiaus, padengdami jį nanoklasteriais, atitinkančiais naudojamus katodus (2, 3) ir darbines dujas (4).
2. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad abu katodai (2, 3) yra pagaminti iš tos pačios medžiagos, parinktos iš grupės, susidedančios iš Cu, Ag, Fe, Zn.
3. Būdas pagal 1 ir 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad katodas (2) ir katodas (3) yra kiekvienas pagamintas iš skirtingos medžiagos, parinktos iš grupės, susidedančios iš Cu, Ag, Fe, Zn.
4. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad darbinės dujos (4) yra argonas.
5. Būdas pagal 1 ir 4 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad darbinės dujos (4) yra deguonis.
6. Būdas pagal 1, 4 ir 5 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad darbinės dujos (4) yra argono ir deguonies dujų mišinys.
7. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, kuomet naudojami vienodos medžiagos katodai (2, 3) ir argono darbinės dujos, ant abiejų audinio (1) paviršiaus pusių susiformuoja vienodi metalų nanoklasteriai.
8. Būdas pagal 1 ir 7 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, kuomet naudojami vienodos medžiagos katodai (2, 3) ir deguonies darbinės dujos, ant abiejų audinio (1) paviršiaus pusių susiformuoja vienodi metalų oksidai.
9. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, kuomet naudojami skirtingos medžiagos katodai (2) ir (3) ir argono darbinės dujos, ant abiejų audinio (1) paviršiaus pusių susiformuoja skirtingų metalų nanoklasteriai.
10. Būdas pagal 1 ir 9 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, kuomet naudojami skirtingos medžiagos katodai (2) ir (3) ir deguonies darbinės dujos, ant abiejų audinio (1) paviršiaus pusių susiformuoja skirtingų metalų oksidai.
11. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, keičiant atstumą tarp magnetų (5, 6), kinta plazmos apdorojamo audinio (1) paviršiaus plotas.
12. Būdas pagal 11 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad plazma apdorojamo audinio (1) paviršiaus padengimo nanoklasteriais plotas tiesiogiai priklauso nuo atstumo tarp magnetų (5) ir (6).