Проекты

Разработка биоцидного агента пролонгированного действия на основе наночастиц серебра для костного цемента

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Биотехнология и биоинженерия»

Направление работы: Биотехнология
Авторы работы: Ресурсный центр «Медицинский Сеченовский Предуниверсарий»
Предметы: Биология, Химия, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 2020 года

Актуальность

В настоящее время хирурги имеют право во время операции замешивать любой биоцидный агент в костный цемент. Но все они имеют короткий срок активного действия (до 6 месяцев). И часто приходится проводить повторную операцию, что не очень приятно как для пациента, так и для хирурга.

В данной работе представлены материалы о разработке биоцидного агента для костного цемента пролонгированного действия на основе наночастиц серебра, который поможет более эффективно работать хирургам и облегчить жизнь пациентам.

Цель

Разработка биоцидного агента пролонгированного действия на основе наночастиц серебра для костного цемента.

Задачи

1. Изучение научной литературы и патентной документации по исследуемой теме.

2. Подбор компонентов для биоцидного агента.

3. Изучение влияния различных концентраций наночастиц серебра на развитие микроорганизмов.

4. Выбор оптимальной концентрации для использования в цементе.

5. Создание биоцидного агента пролонгированного действия для костного цемента.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Вытяжной шкаф

• Микроскоп

• Плита

• Керамическая чаша

• Дозатор

• Аналитические весы

Описание

В качестве биоцидного компонента выбран препарат AgБион-2 на основе наночастиц серебра и водного раствора (производство ЗАО «Концерн «Наноиндустрия», Москва), поскольку препарат:

- имеет срок активного действия не менее 2-х лет;
- прошел добровольную сертификацию в Роспотребнадзоре как биоцидный агент, а иакже испытания на токсичность в Институте питания;
- выпускается в течение 10 лет, но за это время не зафиксировано вредное воздействие на организм человека или домашних животных.

- создан для максимального удобства потребителя, и его очень легко использовать для придания биоцидных свойств.

В качестве носителя был выбран ZnO, т. к.:

- он хорошо сочетается с биоцидным компонентом;
- оксид цинка имеет такой же размер частиц, как у частиц костного цемента (7 микрон);
- данный компонент является безопасным для человека;

- обладает некоторыми биоцидными свойствами, поэтому после того, как вымоется серебро, он может сам выполнять биоцидную функцию.

 

Провели смешивание раствора AgBion и порошка ZnO (40 мл/10 г). Затем данную смесь выпаривали на нагревателе в керамической чаше до получения однородного порошка. С учётом всех погрешностей получился порошок массой 9,3 г. Это было достаточно для проведения всех необходимых испытаний.

Далее порошок был измельчён до примерного размера частиц костного цемента (7 микрон).

 

Исследование биоцидных свойств AgBion 2, AgBion 2 + ZnO, а также сравнение с Наноколлоид-2 проводилось следующим образом:

- подготовили четыре чашки Петри с питательной средой и одну чашку – контроль;

В процессе работы

- образовали лунки в каждой чашке и провели заражение питательной среды бактериями Bacillus subtilis B-501;

- в каждой чашке было размещено по 4 образца:

ZnO + AgBion 2 (в лунке), контроль, AgBion 2, Наноколлоид-2 (далее НК-2), ZnO + AgBion 2 (не в лунке).

По истечении 24 часов были проверены все чашки Петри. AgBion 2 показал результат лучше, чем НК-2. У AgBion 2. Зона подавления роста бактерий составила 13 мм, а у НК-2 – около 8 мм. Также удалось выяснить, что порошок ZnO + AgBion 2 показывает такие же биоцидные свойства, что и сам раствор AgBion 2.

 

На следующем этапе провели смешивание ZnO + AgBion 2 c костным цементом, исследовали биоцидные свойства получившейся смеси с разными массовыми концентрациями активного вещества. Использовали костный цемент Synicem 1, по 10 г на испытание биоцидных свойств каждой массовой концентрации активной смеси в цементе (0 %, 10 %, 15 %, 20 %).

После смешивания были сделаны образцы в форме таблетки и размещены в чашках Петри с теми же бактериями, которые использовались для проведения предыдущих испытаний. Всего было 4 чашки, и в каждой из них было по 4 образца (0 %, 10 %, 15 %, 20 %).

Через 24 часа оказалось, что самая лучшая зона подавления роста у образца с 20 % содержанием биоцидного агента (13 мм); у образца с 15 % – 10 мм, у 10 % – менее 5 мм.

После первых испытаний на физические свойства (прочность) костного цемента было выяснено, что у образцов цемента с массовой концентрацией биоцидной смеси в 20 % прочность ухудшилась на 20 %, что является критичным для свойств цемента. В то же время, у образцов с 15 % МКБС ухудшилось на 10 %, что является допустимым значением для физических свойств цемента.

Результаты

После первых испытаний на физические свойства (прочность) костного цемента было выяснено, что у образцов цемента с массовой концентрацией биоцидной смеси в 20 % прочность ухудшилась на 20 %, что является критичным для свойств цемента. В то же время, у образцов с 15 % МКБС ухудшилось на 10 %, что является допустимым значением для физических свойств цемента.
Разработан биоцидный агент пролонгированного действия на основе наночастиц серебра для костного цемента.

Выводы

1. Оптимальной массовой концентрацией биоцида в цементе является 20 % на 10 г костного цемента.

2. Оксид цинка является отличным носителем для наночастиц серебра при смешивании с костным цементом.

Перспективы использования результатов работы

Созданный биоцидный агент можно использовать в медицине для более эффективной работы хирургов.

Сотрудничество с учреждениями при создании работы

ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)

Мнение автора

Проект «Медицинский класс в московской школе» помогает участникам приблизиться к миру медицины, а также дает возможность принять правильное решение: посвятить свою жизнь медицине или нет.