Аптечка первой помощи, укомплектованная антисептическими полимерными материалами

Актуальность

Достаточно часто в быту люди получают ожоги II степени тяжести, сопровождающиеся отслоением эпидермиса, разрушением тканей, нарушением осмотического давления и, как следствие, выделением транссудата. С другой стороны, ожоговые раны в этом случае всегда оказываются инфицированными, что приводит к выделению экссудата. Наиболее актуальным и одновременно реалистичным нам показалось совершенствование средств для лечения ожогов II степени тяжести, поскольку ожоги I степени не требуют лечения, а терапия ожогов III−IV степени сложна, многокомпонентна и осуществляется в стационаре.

Далее мы расширили свои планы укомплектования аптечки ПП (первой помощи) предметами из самодезинфицирующихся материалов. Это весьма актуально по той причине, что ПП всегда оказывается в условиях антисанитарии людьми, находящимися в стрессе, людьми, безграмотными в общей медицине. И самое главное – утилизация перчаток, зачастую инфицированных, является очевидной экологической проблемой (https://greenpeace.ru/news/2020/05/21/greenpeace-trebuet-ot-rospotrebnadzora-sozdat-sistemu-sbora-medothodov-u-naselenija/). Применяя данную разработку, можно резко сократить количество отходов, поскольку все предметы за счёт способности к самодезинфекции пригодны для многократного использования.

Цель

Оптимизация условий синтеза наносеребра для комплексной разработки нового типа аптечки первой помощи, укомплектованной антисептическими материалами.

Задачи

1. Найти оптимальную методику синтеза нано-Ag для гидрогелевых противоожоговых салфеток.

2. Установить оптимальные условия крейзинга полиэтилена (ПЭТ) для перчаток (толщиной ~10 мкм) и для масок-клапанов (толщиной 100 мкм) для сердечно-лёгочной реанимации (далее СЛР).

3. Установить оптимальные условия синтеза нано-Ag in situ внутри крейзов (нано-трещинок) полиэтиленовых плёнок обоих типов.

4. Варьируя параметры синтеза, получить образцы наносеребра; охарактеризовать их оптические свойства и микроморфологию; установить корреляции «синтез−структура».

5. Исследовать влияние на структуру нанокомпозитного продукта мощности облучения, толщины плёнки, наличия/отсутствия этиленгликоля.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Капсулы с буфером Micro Essential Lab Hydrion ™
• Спектрофотометр ПЭ-5400УФ
• Сканирующий зондовый микроскоп Phywe Compact
• Подложки пирографита (ВОПГ)
• Просвечивающий электронный микроскоп JEM 2100 (JEOL Япония)
• Центрифуга-вортекс ELME LV-1006
• Весы CAS ХE-300,
• Мешалка магнитная Edustrong
• Настольная плита Irit IR-8004
• Ультразвуковая ванна GT-F1 Sonic
• Мультидатчик Point Хим-1 с температурным датчиком и датчиком рН
• Рефрактометр АТС
• Лазерная указка Danger
• Тепловой пистолет-распылитель (строительный фен)

Описание

Метод синтеза нано-Ag: сонохимический.

Методы исследования: электронная спектроскопия поглощения, просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) и зондовая сканирующая микроскопия (СЗМ).

В результате наработки массива экспериментальных данных остановились на получении самого удачного образца 2020/2021 учебного года. Был высолен и тщательно отмыт декстран массой 12 г (ДЭ составил ~4); массы других реагентов: 0.14 г AgNO3, 0.21 г NH4NO3, 0.22 г NaOH. Каждый реагент был растворён в небольшом (20−30 мл) объёме воды; смесь подверглась УЗ-обработке (20 мин.), после чего приобрела характерный жёлтый цвет. По данным ПЭМ, размер частиц – около 16−24 нм.

Для синтеза одного из самых интересных образцов этого учебного года авторы сначала разрезали на равные полоски плёнки ПЭТ шириной по ГОСТу (10 мкм либо 100 мкм), а затем провели крейзинг с деформацией «путём изломов» в н-декане в качестве адсорбционно-активной среды (в каждом шприце по 1 мл н-декана). Длительность крейзинга была 30 мин. (оптимум, согласно предыдущим ЭСП).

Полосы высушили УФ-облучением, выдержали в щёлочи и отмыли под контролем фенолфталеина. Затем мы, согласно данным схемы выше, приготовили реакционную смесь, погрузили в неё полоски и провели синтез под действием УЗ, а затем термодеструкцию. В конце полоски отмыли водой до отрицательной хлоридной пробы.

Полученный полиэтилен в качестве матрицы приближается к ткани, поэтому с ним был проведён синтез из соответствующей главы практикума МГУ по нанотехнологиям, только в одном из вариантов – с добавлением этиленгликоля. Отметим, что данным способом мы ранее получили самообеззараживающийся бинт – ещё один компонент «аптечки ПП». Поэтому один и тот же реактив Толленса теперь можно применить универсально для получения трёх типов самоочищающихся принадлежностей для ПП (и бинтов, и перчаток, и полиэтиленовых масок-клапанов для СЛР).

Результаты работы/выводы

Результаты:

1. Впервые реализована линейная комбинация статьи, где ЭГ использовался в качестве восстановителя и стабилизатора Ag и где проводился крейзинг ПЭТ в н-декане.
2. Впервые разработана технология получения гидрогелевых противоожоговых салфеток, а также самоочищающихся от бактериальных загрязнений бинтов и ПЭТ-материалов (масок-клапанов для искусственного дыхания и перчаток).
3. Впервые удалось записать спектры плёнок ПЭТ.

Выводы (2020/2021 уч. г.)

1. Основной инструмент, позволяющий регулировать структуру золя нано-Ag для последующего получения противоожоговых гидрогелей – концентрация декстрана и степень его очистки.

2. По данным электронной спектроскопии поглощения, по мере увеличения отношения n (восст. сахаров в составе декстрана) : n(Ag+) от 16 : 1 до 64 : 1 интенсивность максимума поглощения полосы плазмонного резонанса увеличивается с 0,4 до ~4,5 отн. ед.

3. По данным СЗМ, диаметр нанонитей декстрана составляет ~ 9−14 нм; толщина нанонитей увеличивается симбатно  увеличению концентрации декстрана; наличие наночастиц Ag меняет взаимное расположение этих нитей.

4. Метод ПЭМ подтвердил основные результаты, полученные методом СЗМ.

5. Эффективность гидрогелей для заживления ожоговых ран установлена, по требованию могут быть предоставлены соответствующие данные.

Выводы (2021/2022 уч. г.)

1.  Установлено, что крейзинг ПЭТ путём создания изломов эффективнее крейзинга путём растяжения.

2. Обнаружено, что для создания нанокомпозитов ПЭТ/Ag оптимален синтез нано-Ag термодеструкцией реактива Толленса из практикума МГУ по наноматериалам и нанотехнологиям (после крейзинга ПЭТ и гидрофилизации УФ-облучением; 120 Вт предпочтительнее, чем 6 Вт).

3. Для плёнок различной толщины электронных спектров количество нанесённого нано-Ag изменяется симбатно мощности УФ-облучения ПЭТ при гидрофилизации, и наночастицы серебра близки к изотропным, хотя данными СЗМ это пока не подтвердилось.

4. И по данным СЗМ, и по виду электронных спектров установлено: чем толще исходная плёнка, тем глубже крейзы и тем более чётко сформированы нано-Ag.

5. По данным СЗМ, без этиленгликоля образуются более упорядоченные образцы, чем с этиленгликолем – при мощности УФ-облучения как 6 Вт, так и 120 Вт.

6. При растяжении композита интенсивность максимума в ЭСП почти не уменьшается, а наночастицы на скане (СЗМ) становятся отчётливее.

7. Наш золь в первом приближении доказал свои бактериостатические свойства.

Перспективы использования результатов работы

Синтезируя нано-Ag для самоочищающихся от бактериальных загрязнений изделий аптечки ПП (бинт, противоожоговые гидрогелевые салфетки, полиэтиленовые маски-клапаны для искусственного дыхания и перчатки), мы сможем: 1) решить проблему загрязнения окружающей среды одноразовыми изделиями; 2) обезопасить людей (спасателей и пострадавших).

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ЦКП «МИСиС»;

МГУ имени М.В. Ломоносова

Награды/достижения

XV Всероссийская олимпиада «Нанотехнологии – прорыв в будущее!» в рамках Весенней проектной школы МГУ, 2020/2021 – призёр;

Открытая научно-практическая конференция «Инженеры будущего», 2020/2021 – победитель;

XIII Московский экологический форум учащихся, 2021/2022 – лауреат;

Открытая научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату!», 2022 – призёр;

ЮИОС, 2022 – лауреат

Мнение автора

«Я довольна результатом, которого мне удалось достичь. Поставленные задачи выполнены, достигнута цель проекта. В процессе работы над проектом я научилась выполнять поиск необходимой информации, работать с СЗМ, спектрофотометром и другим оборудованием. Приобретён большой опыт и получены новые знания.

 Конференцией очень довольна, считаю подобные мероприятия очень полезными. Огромное спасибо моему научному руководителю и организаторам!»