Самоочищающийся материал со свойствами химико-биологической защиты - RU2780376C2

Описание

Изобретение относится к самоочищающимся материалам со свойствами химико-биологической защиты, действие которых основано на комбинированном проявлении гидролитических свойств ферментными наночастицами, стабилизированными бацитрацином, обладающим противомикробное действие, и наночастицами оксида тантала, имеющими биоцидные свойства, которыми модифицированы тканевые и нетканые материалы. Самоочищающийся материал предназначен для защиты от микотоксинов и токсичных фосфорорганических соединений (ФОС), а также от клеток различных микроорганизмов (бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов) и может быть использован при изготовлении средств экологической защиты объектов окружающей среды, высокоэффективных средств индивидуальной и коллективной защиты, в том числе доступных к использованию большим числом людей в условиях чрезвычайных ситуаций (катастроф и террористических актов), в изготовлении защитной одежды, защитных масок и других вариантов изделий для применения в производственных (промышленных и сельскохозяйственных) условиях.

Самоочищающиеся материалы с защитными химико-биологическими свойствами предназначены для предотвращения контактного поражения химическими и биологическими контаминантами тела человека, а при их попадании в материал происходит детоксификация таких контаминантов и самоочищение материала за счет проявления функциональной активности теми компонентами, которыми модифицирован исходный материал (тканевая или нетканая основа).

При создании самоочищающихся материалов для защиты от токсичных ФОС, к числу которых относятся отравляющие вещества и пестициды [Фосфорорганические нейротоксины: монография / Под ред. чл.-корр. РАН С.Д. Варфоломеева, проф. Е.Н. Ефременко. - Москва: РИОР, 2020. - 380 с. - ISBN 978-5-369-02026-5], используются катализаторы, способные осуществлять трансформацию этих нейротоксинов в менее токсичные продукты. В качестве таких катализаторов применение находят как химические, так и биологические молекулы (ферменты). Комбинирование таких катализаторов с антимикробными агентами для модификации тканевых или нетканых материалов позволяет формировать химико-биологическую защиту.

Эффективность действия самоочищающихся материалов с химико-биологическими защитными свойствами определяется широтой спектра их действия в отношении токсинов и клеток микроорганизмов, эффективностью детоксификации при минимальном количестве компонентов, вводимых в тканевый или нетканый материал, с целью его модификации и придания ему необходимых свойств.

Известен самоочищаюийся материал с защитными химико-биологическими свойствами [G.Amitai, Н. Murata, J.D. Andersen, R.R. Koepsel, A.J. Russell (2010) Decontamination of chemical and biological warfare agents with a single multi-functional material. // Biomaterials, V.31, №15, p. 4417-4425], предназначенный для детоксификации ФОС и грамотрицательных клеток бактерий. Его получают в виде сополимера диметилакриламида и метакрилата 3-пропионил-этилбромида, который химически модифицируется четвертичными аммонийными соединениями, содержащими атом галогена (Br или I). Самоочищающееся действие материала основано на том, что из него при температуре человеческого тела (37°С) выделяется гидроксиэтил 4-пиридиния альдоксим бромид или иодид (в зависимости от исходно введенного в полимерный материал галогена (Br или I), который проявляет дезинфицирующую активность в отношении клеток бактерий), а в отношении ФОС это вещество действует как нуклеофильная ловушка, которая атакует фосфорный центр токсинов, образуя нестабильный во времени фосфорил-оксимный аддукт. Со временем такой аддукт превращается в продукт, менее токсичный, чем исходный фосфорорганический токсин. При этом, чтобы материал действовал как активное галогенсодержащее соединение, выделяющее свободный галоген, в материал вводятся сразу два фермента - глюкозооксидаза и галогенпероксидаза, которые должны функционировать последовательно и воздействовать на сам материал, чтобы сгенерировать выделение из него галогена, активного против бактерий и ФОС. Эффективность действия материала подтверждена в экспериментах на клетках бактерий Escherichia coli и модельном фосфорорганическом пестициде -диизопропилфторфосфате.

Этот материал характеризуется рядом существенных недостатков:

- сам по себе материал подвергается постепенной утратой своих дезинфицирующих свойств вследствие самопроизвольной деградации под действием ферментов, включенных в его состав, приводящей к выделению галогенов из материала в отсутствии ФОС и клеток бактерий. Последнее делает материал небезопасным для человека;

- сами ферменты не обладают высокой ферментативной активностью, так как частично инактивируются в результате ковалентного связывания с функциональными группами мономеров, участвующих в формировании самого полимерного защитного материала;

- для функционирования ферментов, включенных в материал, необходимо введение в него или в среду, в которой используется материал, глюкозы, так как она является исходным субстратом для первичной реакции, катализируемой глюкозооксидазой, обеспечивающей пероксидом водорода следующий фермент - галогенпероксидазу, необходимым для выделения галогена - основного действующего вещества;

- аддукт, который образуется в результате взаимодействия материала и ФОС, превращается в конечный продукт медленно, и более того, эта реакция сильно зависит от рН среды, и увеличивается при повышении этого параметра (в щелочной среде, которую следует специально создавать для детоксификации защитного материала).

В состав самоочищающихся материалов с защитными химико-биологическими свойствами вместо галогенсодержащих соединений в качестве антимикробных агентов вводят наночастицы металлов, действие которых проявляется в отношении широкого спектра бактериальных клеток и не вызывает развития у них резистентности к антимикробному воздействию. При этом крайне важным является сочетание катализаторов и наночастиц, используемых для модификации тканевых или нетканых материалов, которые обеспечивают детоксификацию токсинов, и проявление антимикробного воздействия на клетки микроорганизмов. Особенно важен выбор этих сочетаний и комбинаций при использовании для нейтрализации токсинов ферментных катализаторов, которые не должны терять свою активность в присутствии применяемых антимикробных агентов и наночастиц металлов. Чтобы защитить ферментные катализаторы от негативного воздействия других компонентов самоочищающегося материала, ферменты дополнительно стабилизируют, в частности, в составе полиэлектролитных комплексов, которые получают в виде наночастиц и вводят в тканевый или нетканый материал.

Известен самоочищающийся материал с защитными химико-биологическими свойствами [I. Lyagin, N. Stepanov, G. Frolov, E. Efremenko (2022) Combined modification of fiber materials by enzymes and metal nanoparticles for chemical and biological protection.//Intern.l J.Mol Sci., V.23, №3, P. 1359.], который характеризуется тем, что наночастицы металлов (Zn или Та) наносятся на волокнистый материал совместно с полиэлектролитными комплексами ферментов и полипептидов, являющимися их стабилизаторами.

Сополимер полиэтиленгликоля и полиглутаминовой кислоты [Efremenko E.N., Lyagin I.V., Klyachko N.L., Bronich Т., Zavyalova N.V., Jiang Y., Kabanov A.V. (2017) A simple and highly effective catalytic nanozyme scavenger for organophosphorous neurotoxins. // J. Control. Release, V.247, P. 175-181.] используется в качестве стабилизаторов для ферментов (N-ацил-гомосеринлактонацилазы и гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы (His₆-OPH, ЕС 3.1.8.1), катализирующей гидролиз разных ФОС [Патент РФ №2525658, 2012; Патент РФ №2615176, 2015]). Эти ферменты обладают способностью подавлять кворумный эффект у бактериальных клеток за счет гидролиза лактонсодержащих соединений, синтезируемых бактериями и стимулирующих развитие бактериальных популяций, устойчивых к воздействию антибиотиков, используется.

Для придания антимикробных свойств материалу его модифицируют наночастицами цинка или тантала в сочетании с антибиотиками -полимиксином В или Е, которые обеспечивают действие дважды модифицированного материала против клеток Bacillus subtilis при использовании цинка или против бактерий Escherichia coli в случае сочетания антибиотиков с танталом. Такой материал, содержащий в конечном счете комбинации ферментов, стабилизированных «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, антибиотики (полимиксины) в сочетании с наночастицами металлов, обеспечивает увеличение до 2,9 раз количество элиминированных грамположительных и грамотрицательных бактериальных клеток в сравнении с применением только одних антибиотиков за тот же период времени. При этом фермент His₆-OPH сохраняет в составе самоочищающегося материала свою гидролитическую активность в реакции с ФОС до 74% от первоначального уровня.

Однако существенными недостатками такого самоочищающегося материала являются:

- возможность детоксификации только молекул ФОС, тогда как в реальности спектр токсинов, от которых требуется защита, например, в условиях сельскохозяйственного производства, где необходима защита от микотоксинов - естественных метаболитов, продуцируемых различными природными клетками микроскопических грибов, поражающими и загрязняющими практически все сельскохозяйственное сырье, продукты питания, корма для животных, причем, как в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, так и при их хранении и переработке [Agriopoulou S., Stamatelopoulou E., Varzakas T. (2020) Advances in occurrence, importance, and mycotoxin control strategies: prevention and detoxification in foods. // Foods, V.9, p. 137]. Поскольку микотоксины в низких концентрациях обладают высокой нейро-, гепато- и нефротоксичностью, то, безусловно, требуется защита от контакта с такими веществами и самоочищение защитных материалов, которое избавляет от необходимости специального удаление таких веществ из защитных материалов в ходе отдельно предпринимаемых действий. Несмотря на то, что потенциально фермент His₆-OPH может осуществлять разложение ряда микотоксинов, содержащих лактонное кольцо в своей структуре (в частности, патулина, зеараленона, стеригматоцистина и дезоксиниваленола) [Lyagin I., Efremenko Е. (2019) Enzymes for detoxification of various mycotoxins: origins and mechanisms of catalytic action // Molecules, V.24, №. 13, P. 2362], в случае применения фермента в указанном самоочищающемся материале в составе комплекса с «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, такой гидролиз резко ухудшается из-за экранирования активного центра фермента для реакции с микотоксинами;

- применение именно «пэгилированной» полиглутаминовой кислоты для стабилизации ферментов с целью их использования в составе самоочищающегося материала приводит к значительному удорожанию самого материала и невозможности масштабирования этого технического решения, так как используемый стабилизатор не синтезируется промышленно, является дорогим реагентом для лабораторного использования;

- применение выбранных антибиотиков (полимиксинов) предопределяет спектр микробного воздействия указанного самоочищающегося материала, который ограничивается только бактериальными клетками;

- цинк, применяемый в составе самоочищающегося материала для биологической защиты и воздействия на бактериальные клетки, является биологически активным компонентом, способным при контакте с клетками человеческого организма оказывать заметное влияние на метаболизм клеток человека. Это ограничивает степень безопасного и возможность длительного контакта человека с таким материалом;

- сочетания выбранных антибиотиков, наночастиц металлов и ферментов, стабилизированных «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, не являются универсальными, то есть в зависимости от типа клеток микроорганизмов, антимикробная активность, по отношению к которым должен проявить самоочищающийся материал, должны быть четко соблюдены. Так, в частности против грамположительных клеток эффективнее функционируем материал, содержащий цинк и полимиксин В, а против грамотрицательных клеток бактерий необходимо применять вариант материала, содержащий тантал и полимиксин Е. Такие вариации в свойствах материала значительно усложняют и ограничивают его применение на практике.

Вместе с этим данная разработка по сущности (использование в самоочищающемся материале гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы (His₆-OPH) для гидролиза ФОС, возможности детоксификации микотоксинов и повышения эффективности действия антимикробного вещества) и достигаемому результату (в плане защиты от ФОС путем их гидролиза и биоцидного действия антимикробного вещества полимиксина на клетки бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli) является самой близкой к заявляемому техническому решению и принята за прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка самоочищающегося материала с химико-биологическими защитными свойствами от воздействия токсичных фосфорорганических соединений и микотоксинов, а также от контаминации клетками бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов, характеризующегося тем, что представляет собой тканевый или нетканый материал, модифицированный смесью наночастиц нековалентного комплекса фермента His₆-OPH с бацитрацином, полученного при массовых соотношениях веществ (сух.в-во) 1:0,5-1:1, и наночастиц оксида тантала при следующем соотношении наночастиц в смеси (сух.вес): наночастицы фермента с бацитрацином (по белку): наночастицы оксида тантала - 1:15-1:20, при том, что полученная смесь после ее суспендирования в буферном растворе с рН 7,5-10,5 наносится на тканевую или нетканую основу в соответствии с влагоемкостью этой материальной основы и высушивается до остаточной влажности 8-10%.

Поставленная задача решается тем, что фермент His₆-OPH получается и очищается известным методом [Efremenko Е., Votchitseva Y., Plieva F., Galaev I.; Mattiasson B. (2006) Purification of His₆-organophosphate hydrolase using monolithic supermacroporous polyacrylamide cryogels developed for immobilized metal affinity chromatography. // Appl.Microbiol. Biotechnol., V.70, P. 558-563.]. Далее нековалентно стабилизированные комплексы этого фермента получают путем смешивания водных растворов фермента и бацитрацина при рН, соответствующем известному оптимальному значению рН для каталитического действия данного фермента при комнатной температуре [Votchitseva Y.A., Efremenko E.N., Aliev Т.К., Varfolomeyev S.D. (2006) Properties of hexahistidine-tagged organophosphate hydrolase. // Biochemistry, V.71, P. 167-172], при этом соотношение фермента и вещества, используемого для нековалентного взаимодействия с ферментом, должно быть 1:0,5-1:1 по сух в-ву.

Выбор фермента His₆-OPH для получения этого самоочищающегося материала обусловлен его известной каталитической активностью по отношению к ряду ФОС [Lyagin I.V., Andrianova M.S., Efremenko E.N. (2016) Extensive hydrolysis of phosphonates as unexpected behaviour of the known His₆-organophosphorus hydrolase. // Appl. Microbiol. Biotechnol., V.100, №13, P. 5829-5838; Lyagin I., Efremenko E. (2021) Enzymes, reacting with organophosphorus compounds as detoxifiers: diversity and functions. // Int. J.Mol. Set, V.22, P. 1761], к микотоксинам [Lyagin I., Efremenko E. (2019) Enzymes for detoxification of various mycotoxins: origins and mechanisms of catalytic action. // Molecules, V.24, №13, Р.2362.] и к лактонсодержащим соединениям [Aslanli A., Lyagin I., Efremenko Е. (2018) Novel approach to quorum quenching: rational design of antibacterials in combination with hexahistidine-tagged organophosphorous hydrolase. // Biol. Chem., V. 399, P. 869-879.], являющимся сигнальными молекулами для формирования кворумного ответа многих клеток микроорганизмов, включая бактерии, дрожжи, археи и мицелиальные грибы.

Выбор бацитрацина для введения его в состав самоочищающегося материала обусловлен следующим:

- он обладает существенно более широким антимикробным спектром действия по сравнению с полимиксинами, применение которых известно из прототипа, действует не только на грамположительные и грамотрицательные бактериальные клетки, но также и на клетки дрожжей и архей;

- компьютерные исследования методом молекулярного докинга подтвердили образование стабильных нековалентных взаимодействий между бацитрацином и поверхностью димера фермента His₆-OPH, минимально, в сравнении с другими известными для данного фермента партнерами по нековалентным комплексам [Aslanli A., Lyagin I., Efremenko Е. (2019) Charges' interaction in polyelectrolyte (nano)complexing of His₆-OPH with peptides: unpredictable results due to imperfect or useless concept? // Int. J. Biol. Macromol., V. 140, P. 368-376.], экранирующими ферментативный активный центр и, таким образом, обеспечивающими возможность его свободного вступления в гидролитические реакции с различными ФОС, микотоксинами и лактонсодержащими соединениями;

- он служит стабилизирующим партнером для фермента His₆-OPH в образующихся между ними нековалентных комплексах, что дает возможность не применять дополнительные стабилизаторы, как в случае с «пэгилированной» полиглутаминовой кислотой, используемой в прототипе, что существенно упрощает и удешевляет сам материал, так как отпадает необходимость в дополнительном компоненте. Кроме того, бацитрацин является широко используемым для поверхностного применения антимикробным веществом полипептидной природы, с хорошо известными свойствами и возможностью постепенной биодеградации, как полипептида, в открытых природных системах. Последнее его свойство делает потенциально возможным масштабирование практического применения предлагаемого технического решения (изготовление и применение самоочищающегося материала) без создания существенной экологической нагрузки по этому антимикробному агенту.

Стабилизация ферментов в составе комплексов, получаемых в результате предлагаемого к использованию в заявляемом техническом решении нековалентного взаимодействия фермента с бацитрацином позволяет: - придать дополнительные функциональные характеристики предлагаемому материалу в виде усиленных антимикробных свойств, основанных на совместном действии фермента, гидролизующего широкий спектр лактонсодержащих молекул кворума, синтезируюемых разными микроорганизмами, и бацитрацина - антимикробного вещества с широким спектром действия; - значительно стабилизировать активность фермента за счет межмолекулярных взаимодействий разных функциональных групп на поверхности молекулы фермента и бацитрацина, не требующими применения дополнительных сшивающих агентов, химически и биологически активных соединений и токсичных реагентов. Эта стабилизация позволяет функционировать материалу в довольно широком диапазоне рН (7,5-10,5), сохраняя свою высокую эффективность действия;

- он не теряет своей антимикробной активности в комплексе с ферментом His₆-OPH, который в свою очередь выступает в роли белкового носителя для данного антимикробного вещества, удерживая его в массе самоочищающегося материала в виде наночастиц размером 35-40 нм, которые вводятся в заявляемый самоочищающийся материал в определенных соотношениях в составе смеси с наночастицами оксида тантала.

Соотношения между His₆-OPH и бацитрацином, обеспечивающие получение устойчивых нанокомплексов с сохранением возможности проявления необходимых свойств самим ферментом и антимикробным веществом, найдены эмпирически и основаны на экспериментальных данных, полученных авторами предлагаемого технического решения. Указываемый в техническом решении диапазон соотношений позволяет его реализовать с получением заявляемых свойств у самоочищающегося материала.

Введение именно наночастиц оксида тантала в состав самоочищающегося материала вместо наночастиц цинка обеспечивает предлагаемое техническое решение существенно большей безопасностью для человека при контакте с подобным защитным материалом, поскольку тантал, в отличие от цинка, не играет никакой биологической роли, и именно поэтому считается безвредным, что обеспечивает его применение в биомедицине, в частности, для изготовления протезов и имплантатов, а в случае предлагаемого самоочищающегося материала - для деконтаминации от клеток разных микроорганизмов.

Введение наночастиц оксида тантала в самоочищающийся материал направлено на придание ему антимикробных свойств, направленных в своем действии против бактериальных клеток, клеток дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов. Концентрация наночастиц тантала в смеси с ферментными наночастицами учитывает их минимальные ингибирующие концентрации, приводящие к гибели разных клеток микроорганизмов, которые определены экспериментально авторами предлагаемого технического решения [Frolov G., Lyagin I., Senko О., Stepanov N., Pogorelsky I., Efremenko E. (2020) Metal nanoparticles for improving bactericide functionality of usual fibers. // Nanomaterials, V. 10, P. 1724.].

Экспериментально подобранные соотношения наночастиц ферментного комплекса с антибиотиком бацитрацином и тантала в смеси, которая используется для модификации тканевой или нетканой основы для получения самоочищающегося материала с защитными химико-биологическими свойствами, позволяет проводить более глубокую деструкцию ФОС, микотоксинов, лактонсодержащих соединений, обеспечивать антимикробное воздействие на клетки микроорганизмов относящихся к разным классам, придавая этому материалу определенную универсальность, отличающую его от прототипа, в котором требуется варьирование качественного состава материала (сочетания разных антибиотиков и наночастиц металлов) для достижения подобных, но более узких целей по микробным объектам воздействия (в прототипе - только бактериальные клетки) и по токсичным веществам (в прототипе - только ФОС).

Для модификации тканевой или нетканой основы наночастицами комплекса фермента с бацитрацином и оксида металла их смесь готовится на основе буферных растворов в диапазоне рН 7,5-10,5 и наносится капельным методом на тканевую или нетканую основу в объеме, учитывающем ее сорбционную емкость. Влагопоглощение является характеристичным параметром для всех используемых материалов [Завьялов В.В., Кужелко СВ., Завьялова Н.В., Ковтун В.А., Холстов В.И., Таранченко Ю.Ф., Сластилова Л.М., Ефременко Е.Н., Сенкилев А.П. (2019) Современные направления создания новых защитных материалов и тканей для средств индивидуальной и коллективной защиты от токсичных химикатов и клеток патогенов // Вестник войск РХБ защиты, Т. 3, №3, С. 117-148]. Впитывание наносимого объема смеси наночастиц происходит одновременно с ее нанесением на образец при комнатной температуре.

Для придания материалу возможности продолжительного хранения в широком диапазоне температур (+8+25°С) после нанесения смеси наночастиц на тканевую или нетканую основу проводится высушивание материала до остаточной влажности образцов 8-10%. Высушивание тканевого материала при комнатной температуре после нанесения смеси наночастиц позволяет подготовить самоочищающийся материал к последующей возможной сорбции влаги с момента начала его использования, а также к длительному сохранению его свойств в неизменном виде до этого момента.

Предлагаемое техническое решение в виде самоочищающегося материала с химико-биологической защитой предназначено для универсальной протекции от нейротоксичных ФОС и нейро-, нефро- и гепатотоксичных микотоксинов, широкого спектра клеток микроорганизмов, обеспечения собственного глубокого химико-биологического самоочищения. Заявляемый самоочищающийся материал с химико-биологической защитой обладает способностью к универсальной деградации различных ФОС, микотоксинов и молекул-регуляторов кворума бактериальных патогенов, сохраняет противомикробные характеристики, которые ему придают наночастицы комплекса фермента с бацитрацином и наночастицы тантала.

Такое сочетание всех основных признаков и характеристик, а также компонентов и их соотношений, которые указаны в заявляемом техническом решении, с применяемой последовательностью осуществляемых операций, ранее известно не было и позволяет характеризовать предлагаемое техническое решение как новое.

Ниже приводятся конкретные примеры реализации заявляемого технического решения.

Пример 1. Самоочищающийся материал со свойствами химико-биологической защиты

Готовят нековалентный комплекс фермента гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы (His₆-OPH) с бацитрацином. Для этого в раствор очищенного фермента His₆-OPH, приготовленный на основе 50 мМ водного карбонатного буферного раствора с рН 10,5, соответствующего рН-оптимуму действия фермента, всыпают антибиотик бацитрацин так, чтобы массовое соотношение (по сух.в-ву) между ферментом (по белку) и антибиотиком составило 1:0,5. Полученный раствор фермента с добавленным антибиотиком оставляют при комнатной температуре на 20 мин для формирования нековалентных комплексов фермента и его стабилизации в составе наночастиц с размером 35-40 нм.

Далее наночастицы оксида тантала суспензируют в 100 мМ фосфатном буферном растворе с рН 7,5. Наночастицы фермента, стабилизированного бацитрацином, смешивают с суспензией наночастиц тантала так, чтобы их соотношение в смеси составляло 1:15 (по сух. весу).

Полученная смесь наночастиц фермента и тантала капельным методом наносится на сухой образец хлопкового тканевого материала с учетом его влагопоглощения. Полная сорбция всего образца смеси наночастиц происходит по мере его нанесения. Полученный влажный модифицированный материал с нековалентным комплексом фермента с бацитрацином и оксидом тантала высушивают под вакуумом при комнатной температуре до остаточной влажности 8-10% и используют для детоксификации фосфорорганического пестицида Параоксона и дезинфекции образца материала от клеток Escherichia coli, которые наносят на сухой образец самоочищающегося материала, соответственно в виде 1 мМ раствора ФОС и суспензии клеток бактерий 10⁶ кл/см² в физрастворе. С этой целью после 12 часов экспонирования материала в герметичных условиях при комнатной температуре стандартными хроматографическими методами определяют остаточную концентрацию химического контаминанта в материале, а с использованием биолюминесцентного люциферин-люциферазного метода определения внутриклеточной концентрации аденозинтрифосфата определяют остаточную концентрацию живых клеток в образце материала и рассчитывают степень самоочищения. При указанных условиях самоочищение материала от всех контаминантов происходит на 100% за 12 часов.

Такой самоочищающийся материал в сухом виде сохраняет свои характеристики на 100% при хранении в течение 6 месяцев при +8°С.

Остальные примеры, реализуемые по аналогии с Примером №1, иллюстрирующие заявляемое техническое решение, сведены в таблицу.

Таким образом, заявляемое техническое решение в сравнении с прототипом характеризуется:

- упрощением состава самоочищающегося материала, так как в нем нет специально вводимого стабилизирующего компонента для фермента, как в прототипе, так как роль стабилизатора играет применяемый антибиотик,

- существенным расширением перечня веществ, которые могут быть подвержены детоксификации (в сравнении с прототипом возможна деструкция не только ФОС, но и микотоксинов, а также лактонсодержащих соединений, которые являются помимо бактерий (в прототипе) известными сигнальными молекулами кворума у архей, дрожжей и мицелиальных грибов),

- унификацией состава материала, который подходит для защиты от многих типов клеток микроорганизмов и самоочищения от них за меньший, чем в прототипе срок (в прототипе - 24 часа),

- применение бацитрацина в качестве стабилизатора активности фермента в нековалентных комплексах, вводимых в самоочищающийся материал, позволяет дополнительно придать ему новые свойства, в частности, длительно сохранять его функциональную активность на высоком уровне при хранении в широком диапазоне температур и значений рН,

- более широкий спектр тканевых и нетканых основ может быть использован для модификации смесью наночастиц ферментного комплекса и тантала для получения самоочищающегося материала с высокой функциональной активностью.

Реферат

Изобретение относится к самоочищающимся материалам со свойствами химико-биологической защиты и может быть использовано при изготовлении средств экологической защиты объектов окружающей среды, высокоэффективных средств индивидуальной и коллективной защиты, в изготовлении защитной одежды и защитных масок. Самоочищающийся материал с химико-биологическими защитными свойствами от воздействия токсичных фосфорорганических соединений и микотоксинов, а также от контаминации клетками бактерий, дрожжей, архей и спор мицелиальных грибов представляет собой тканевую или нетканую основу, модифицированную смесью наночастиц нековалентного комплекса фермента гексагистидинсодержащей органофосфатгидролазы с бацитрацином, полученного при массовых соотношениях веществ (сух. в-во) 1:0,5-1:1, и наночастиц оксида тантала при следующем соотношении наночастиц в смеси (сух. вес): наночастицы фермента с бацитрацином (по белку) : наночастицы оксида тантала - 1:15-1:20. При этом полученная смесь после ее суспендирования в буферном растворе с рН 7,5-10,5 наносится на тканевую или нетканую основу в соответствии с ее влагоемкостью и высушивается до остаточной влажности 8-10%. Полученный материал обладает улучшенными защитными химико-биологическими свойствами, так как позволяет детоксифицировать и ФОС, и микотоксины, имеет универсальный состав, предназначенный для проявления антимикробного действия в отношении существенно расширенного спектра микробиологических объектов. Материал предотвращает контактное поражение химическими и биологическими контаминантами тела человека, а при их попадании в материал происходит детоксификация таких контаминантов и самоочищение материала. 1 табл., 8 пр.

Формула