Проекты

Создание, разработка технологии изготовления антибактериального пластыря на гидроколлоидной основе с использованием наночастиц серебра

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Нанотехнологии»

Направление работы: Медицина, Фармация, Прикладная химия, Физическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1575
Предметы: Физика, Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

Несмотря на быстрое развитие технологий в фармацевтической области, до сих пор принято использовать антибиотики для лечения ран, трофических язв и ожогов, а также инфекционных заболеваний. Главной проблемой таких методов лечения является появление резистентности у микроорганизмов к данным лекарственным средствам. В связи с этим всё более актуальной становится разработка новых противомикробных препаратов, в том числе содержащих наночастицы.

Цель

Изучение спектра антимикробного действия фармацевтического препарата на основе наночастиц серебра и создание антибактериального пластыря на гидроколлоидной основе с использованием повиаргола.

Задачи

  1. Из химических реактивов (нитрат серебра, поливинилпирролидон, дистиллированная вода) приготовить препарат повиаргол.
  2. Провести эксперименты по выявлению минимальной дозировки активного вещества (наночастиц серебра) на различных бактериях.
  3. Сравнить препарат повиаргол с другими аналогами (диоксидин, хлоргексидин), имеющимися в продаже.
  4. Создать набухающий пластырь (на гидроколлоидной основе с использованием этиленгликоля) с добавлением повиаргола.
  5. Создать набухающий пластырь с использованием глицерина, изменив состав гидроколлоидной массы с добавлением повиаргола.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Оборудование:

  • Аптечные весы
  • Набор гирь-разновесов
  • Пипетка объемом 5 мл с ценой деления 0,1 мл
  • Шприц объемом 12 мл с ценой деления 0,1 мл
  • Стерильные одноразовые пробирки
  • Стеклянная палочка
  • Электронный термометр

Реактивы и расходные материалы:

  • AgNO3; 1,8 г
  • H2O; 18,6 мл
  • Поливинилпирролидон (ПВП); 2,5 г
  • Этиленгликоль; 6,65 мл
  • Агар-агар; 465 мг
  • Дистиллированная вода

Описание

Изготовление действующего вещества (повиаргола)

1. Автор рассчитал необходимое количество действующего вещества для получения 5 % раствора повиаргола.

2. Автор подготовил необходимое оборудование и материалы для изготовления препарата.

3. Автор при помощи пипетки отмерил 13,6 мл и 5 мл воды и растворил в ней ПВП и нитрат серебра соответственно.

4. Автор смешал полученные растворы и поместил их в воду с постоянной температурой 80 ℃. В течение часа автор наблюдал реакцию, в которой поливинилпирролидон формирует мицеллоподобные коллоидные структуры, внутри которых происходит рост одномерных наночастиц серебра.

Эксперимент с концентрацией действующего вещества

1. Автор приготовил растворы 0,25 %; 0,5 %; 1 %; 3 %; 5 %.

2. Среду АГВ по 15 мл автор разлил в чашки Петри. После застывания и подсушивания агара в каждую чашку налил по 5 мл среды АГВ, смешанной с тестовой культурой микроорганизма Staphylococcus aureus (5 МЕ (или ЕД) - 500 000 000 КОЕ/мл, Candida albicans 20 ЕД - 20 000 000 000 КОЕ/мл). После застывания второго слоя агара на его поверхность нанес тампоны из марли и ваты, пропитанные раствором испытуемого средства или известными антисептиками. Через 18-24 часа термостатирования при 37 ℃ автор измерил диаметр зон задержки роста.

Создание готового продукта (пластыря)

1. При помощи шприца автор отмерил 4 мл повиаргола и 2,65 мл дистиллированной воды, соединил их вместе и поставил на водяную баню для набухания агар-агара.

2. Автор добавил 6,65 мл этиленгликоля и держал смесь 3 минуты на водяной бане.

3. Автор нанес гидроколлоидную массу на заготовки пластыря и получил готовый продукт.

4. Использовав результаты предыдущих опытов, автор повторил эксперимент, но вместо этиленгликоля использовал глицерин. Получил готовый продукт.

Вся работа была выполнена непосредственно самим автором.

Обсуждение результатов

1. Из эксперимента по определению антимикробной активности препаратов автор сделал вывод, что оптимальная концентрация действующего вещества составляет не менее 1 %.

2. На данный момент препарат применяют с использованием марлевой повязки, у которой есть недостатки: высыхание повязки через несколько часов и снижение эффективности за счет разбавления раствора раневым экссудатом. Автор предлагает использовать гидроколлоид, который лишён этих недостатков.

3. Эксперимент показал, что в качестве основы для гидроколлоидной массы можно использовать не только этиленгликоль, но и глицерин, имеющий схожее химическое строение, но не обладающий токсичностью.

Результаты работы/выводы

1. Получена коллоидная масса на основе наночастиц серебра в матрице ПВП.

2. Изучен спектр антимикробного действия фармацевтической субстанции повиаргол. Проведён ряд экспериментов по выявлению минимальной дозировки активного вещества (наночастиц серебра) при различных концентрациях: 0,25 %; 0,5 %; 1 %; 3 %; 5 % препарата повиаргол. Выяснена минимальная действующая концентрация вещества 1 %.

3. Получено сравнение с другими аналогами (диоксидин, хлоргексидин) по действию на бактериальные культуры, которое показало хорошие антибактериальные свойства полученного препарата.

4. Создан набухающий пластырь на гидроколлоидной основе с использованием этиленгликоля с добавлением повиаргола.

5. Изменив состав гидроколлоидной массы с добавлением повиаргола, удалось создать набухающий пластырь на гидроколлоидной основе с использованием глицерина.

6. Полученный продукт обладает не только антибактериальными, но и антибиотико-резистентными свойствами.

Перспективы использования результатов работы

Данная разработка позволит снизить использование антибиотиков при лечении ран, трофических язв и ожогов, что положительно скажется на динамике появления новых резистентных штаммов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МГУ им. М.В. Ломоносова, ФНМ; ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора.

Награды/достижения

XV Всероссийская олимпиада «Нанотехнологии – прорыв в будущее!», 2021 г., конкурс проектных работ «Гениальные мысли» — призер.

Мнение автора

«Работа представляет собой исследование по изучению использования наночастиц серебра в медицине. Мы считаем, что выбор нашей темы очень актуален. Мы создали набухающий пластырь на гидроколлоидной основе с использованием этиленгликоля с добавлением повиаргола. Полученный продукт обладает не только антибактериальными, но и антибиотико-резистентными свойствами. Все вышеперечисленное дает нам право считать нашу работу вполне успешно выполненной»