Наноразмерный сорбент для сорбции штаммов аэробных микроорганизмов micrococcus albus и pseudomonas putida


 


Владельцы патента RU 2545393:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ТНЦ СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) (RU)

Изобретение относится к биотехнологии и медицине, в частности, может быть использовано для сорбции аэробных микроорганизмов при изготовлении стерильных растворов, очистке воды или нефтезагрязненных почв, а также при лечении различных ран. Предложен наноразмерный сорбент для сорбции штаммов анаэробных микроорганизмов Micrococcus albus и Pseudomonas putida. Сорбент представляет собой суспензированные в воде наноразмерные частицы нестехиометрических кубических феррошпинелей с общей формулой MxFeyO4, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.96, x+y=3. Изобретение позволяет повысить сорбционную способность наноразмерного сорбента по отношению к микроорганизмам. 3 табл.

 

Изобретение относится к биологии и медицине и может быть использовано, в частности, для сорбции микроорганизмов при изготовлении стерильных растворов, очистки воды или нефтезагрязненных почв, а также при лечении различных ран. При этом к стерильным растворам относятся растворы для инъекций и инфузии, глазные капли, офтальмологические растворы для орошения, отдельные растворы для наружного применения, растворы внутреннего и наружного применения для новорожденных детей. Вода при производстве стерильных растворов должна содержать не более 100 микроорганизмов в 1 мл (Методические указания по изготовлению стерильных растворов в аптеках. Утверждены Минздравмедпромом РФ 24 августа 1994 г., внесены 30 июня 2007 г.), что сильно повышает требования к средствам очистки воды от микробного загрязнения.

Известно, что сорбция микроорганизмов зависит от свойств микроорганизмов, которые подвергаются сорбции, физико-химических свойств сорбента, в частности заряда поверхности сорбента, его дисперсности, площади удельной поверхности, физико-химических свойств среды, в которой происходит сорбция, и условий, которые определяют возможность контакта между сорбентом и микроорганизмами. При поглощении микроорганизмов для сорбента устанавливаются определенная емкость поглощения, выше которой данный вид микроорганизмов больше не сорбируется. Следует отметить, что сравнение сорбирующей способности различных веществ по отношению к микроорганизмам обычно проводят в статических условиях, поскольку в динамических условиях емкость поглощения достигается очень быстро (Звягинцев Д.Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. Изд-во Московского университета. 1973. - 175 с.).

Известен способ энтеросорбции (патент РФ №2016574, 1994), в котором вместо активных углей в качестве сорбентов условно- и патогенных микроорганизмов (клетки эшерхии, сальмонеллы или шигеллы Флекснера, Ньюкастл или Зонне) предлагается использовать дисперсные природные минералы: монтмориллонит или клиноптилолит.

Основным недостатком технического решения является отсутствие данных о величине адгезии минералов по отношению к названным микроорганизмам.

Известен пористый сорбент на основе оксида алюминия (патент РФ №2026733, 1995), в котором для сорбции бактериальных клеток (клетки стафилококка) предлагается пористый (2.9-3.15 г/см3) оксид алюминия, модифицированный углеродом, концентрация которого составляет 7-15 мас.%. Извлечение клеток стафилококка в зависимости от концентрации углерода и плотности сорбента составляет от 40 до 75%, при этом оксид алюминия без углерода сорбирует только 10% клеток.

Известен сорбент на основе оксида алюминия (патент РФ №2026734, 1995), в котором для сорбции бактериальных клеток (клеток стафилококка и кишечной палочки) предлагается пористый оксид алюминия, содержащий 3-12 мас.% углерода и состоящий не менее чем на 50% из К-подобной фазы. Адсорбция клеток стафилококка и кишечной палочки составляет в зависимости от содержания фазы, удельной поверхности и пористости 63-72 и 68-73%, соответственно.

Основным недостатком сорбентов на основе оксида алюминия, модифицированных углеродом, является недостаточно высокая сорбционная способность по отношению к бактериальным микроорганизмам.

Известен способ энтеросорбции (патент РФ №2122868, 1998), в котором для сорбции патогенных микроорганизмов используют природный минерал шивыртуин в виде 10% взвеси порошка с размером частиц менее 0.3 мм на растворе Рингера-Локка. Шивыртуин по сообщению авторов патента имеет сорбционную емкость, на 1-2 порядка превышающую таковую для других сорбентов.

Основным недостатком технического решения является полное отсутствие данных о сорбционных характеристиках шивыртуина.

Известен способ получения углерод-минерального сорбента СУМС-1 (патент РФ №2143946, 2000), в котором сообщается об использовании известного сорбента СУМС-1 с содержанием углерода 9% для медицины, в частности для иммобилизации бактериальных клеток.

Основным недостатком технического решения является полное отсутствие данных о сорбционных характеристиках СУМС-1 по отношению к микроорганизмам, хотя технология синтеза существенно изменена.

Известно средство «Арголит» для лечения инфицированных ран (патент РФ №2245151, 2005), содержащее в качестве сорбента порошок цеолита Холинского месторождения, модифицированного коллоидным серебром (размер частиц 17-20 Ǻ). В техническом решении указаны род бактериальной флоры (Staphylococcus aureys, haemolyt., anhaemolyt., saprophytic, faecalis); Preudomonas; Proteus (vulgaris, mirabilis); Klebsiella (pheumonia); Esherichia (coli); Enterococcus (faecium, haemolyt., anhaemolyt), степень обсемененности и частота выявления клеток.

Недостатком технического решения является отсутствие данных о сорбционных характеристиках средства «Арголит» по отношению к названным бактериальным клеткам.

Известен энтеросорбент (патент РФ 2319488, 2008) на основе кремнеземсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок осадочной опал-кристобалитной породы со степенью помола 0.1-1.0 мм, содержащий не более 15 мас.% глинистых минералов группы монтмориллонита и не более 10 мас.% минералов группы слюд (ГМК). Микроорганизмы представлены бактериями рода Escherichia coli и рода Bacillus subtilis, их сорбционные свойства сравнивали со свойствами препарата «Смекта» (Франция).

Основным недостатком предлагаемого сорбента, а также сорбента «Смекта» является невысокая сорбционная способность этих препаратов. Так, для рода E-coli добавление ГКМ снижает за 1 час концентрацию бактериальных клеток с 1.2·108 до 3.6·108 кл./мл, а препарата «Смекта» с 1.2·108 до 2.2·106 кл./мл. Для рода Bacillus subtilis добавление ГКМ уменьшило концентрацию бактерий в 10.4 раза, а «Смекты» - в 39 раз.

Известен энтеросорбент с антиоксидантными свойствами (патент РФ №2423985, 2011) на основе кремнийсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок шунгитсодержащей породы с медианным размером частиц 15.0·10-6 м и концентрацией диоксида кремния, равной 50-70 мас.%. В качестве препарата сравнения (прототипа) использован порошок энтеросорбента «Полисорб» (производства «Полисорб» (Россия) с размером частиц 0.09 мм и удельной поверхностью не менее 150 м2/г (Справочник «Ветеринарные препараты в России. Т.1 / под ред. Кленова И.Ф. и др. // ООО «Сельхозиздат. Москва - 2004. - С.526-527).

Основным недостатком технического решения является полное отсутствие данных о сорбции микроорганизмов, несмотря на указание, что оба препарата «Полисорб» и предложенный энтеросорбент выводят таковые.

Известен энтеросорбент микроорганизмов (патент №2423984, 2011) на основе кремнийсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок шунгитсодержащей породы с медианным размером частиц 15.0·10-6 м и концентрацией диоксида кремния, равной 20-50 мас.%. В качестве препарата сравнения (прототипа) использован порошок энтеросорбента «Полисорб», характеристики которого указаны выше. Микроорганизмы представлены культурами Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Clostridium perfringes, адсорбция которых на предложенном адсорбенте составляет 70%; 79-80%; 91-91.8%; 76.2%, соответственно, а на сорбенте «Полисорб» - 66%; 76%; 91% и 73.3%, соответственно.

Основным недостатком предлагаемого энтеросорбента, а также сорбента «Полисорб» является невысокая сорбционная способность.

Известен полифункциональный энтеросорбент (патент РФ №2430731, 2011) на основе природного кремнийсодержащего минерального сырья, в качестве которого выбран порошок шунгитсодержащего сырья с медианным размером частиц 15.0·10-6 м и концентрацией диоксида кремния, равной 15.0-70.0 мас.%, при этом содержание углерода составляет от 3.998 до 55.1 мас.%. Микроорганизмы представлены культурами Escherichia coli., Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringes, адсорбция которых составляет 63.2-91.8%.

Основным недостатком предложенного полифункционального сорбента является недостаточно высокая сорбционная способность.

Известен сорбционно-бактерицидный материал, способ его получения, способ фильтрования жидких или газообразных сред, медицинский сорбент (патент РФ №2426557, 2011), в качестве которого в основном служат частицы гидрата оксида алюминия с бактерицидным компонентом - коллоидным серебром, сорбированным на них. Микроорганизмы представлены культурой E. coli и вирусом MS2.

Основными недостатками технического решения является использование коллоидного серебра, способного убивать культуры, и проведение всех экспериментов в динамических условиях (фильтрация). В результате данные о характеристиках сорбции микроорганизмов в статических условиях отсутствуют полностью.

Известны углеродные адсорбенты из углеродных тканей или нетканых материалов, полученных из вискозных волокон (Н.Н. Зинин-Бермес, Н.Ю. Шишлянникова, В.П. Ковтун. Механизм взаимодействия бактерий с волокнистыми углеродными материалами по данным фазово-контрастной микроскопии // Научно-практический журнал «Медицина в Кузбассе, 2004, №3, с.25-26).

Установлено, что сорбция бактерий S. Aureus, E-coli, K-pneumoniae, B-cereus на углеродном волокнистом сорбенте в статических условиях из бактериальной взвеси (100 млн микробных тел в 1 мл физиологического раствора (0.9% NaCl)) протекает в два этапа. На первом этапе происходит прочное прикрепление небольшого количества клеток из бактериальной среды к некоторым углеродным нитям. Через 20-30 мин начинается второй этап, который состоит в формировании устойчивых рыхлых скоплений бактериальных клеток, расположенных в виде муфт вокруг локальных мест углеродного волокна. Эти скопления примерно за 1 час вбирают в себя все микроорганизмы и обеспечивают высокую эффективность углеродного сорбента по отношению к живым бактериям. Клетки, убитые автоклавированием, не сорбировались, а угнетенные холодом (трое суток в холодильнике при +4°C) сорбировались медленно и в небольших количествах. Результаты объяснены предположением, что бактерии способны вырабатывать особые лигандные вещества.

Основным недостатком работы является отсутствие количественных данных, что не позволяет сравнивать характеристики сорбции микроорганизмов на углеродных волокнах с результатами других исследований.

Известен коммерческий препарат - порошок силикагеля марки L-40/100, который является классическим сорбентом для микроорганизмов (Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, В.И. Итин, А.А. Магаева / Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: Материалы III Междунар. науч. конф. (Белгород, 22-24 сентября 2008 г.). - Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. - С.202-205). Удельная поверхность порошков силикагеля составляет по БЭТ 600 м2/г, средний диаметр пор 8 нм, удельный объем пор 0.60-0.75 см3/г, размер частиц 40-100 мкм.

Установлено, что в статических условиях при pH=7 сорбционная способность силикагеля по отношению к микроорганизмам рода Micrococcus невелика по сравнению с сорбентами SnO2 и CoFe2O4, несмотря на его высокую удельную поверхность.

Основным недостатком силикагеля марки L-40/100 является невысокая сорбционная емкость в статических условиях.

Известны сорбенты - ультрадисперсные порошки Al2O3, полученные при взаимодействии электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия с водой и образовании в результате оксидно-гидроксидных фаз, которые затем подвергаются прокаливанию. Например, ультрадисперсный порошок алюминия с удельной поверхностью 520 м2/г обрабатывают горячей (60°C) водой, а полученную гидроокись прокаливают при температуре 300-550°C в течение 1-3 ч, получая в результате сорбенты с удельной поверхностью 415-725 м2/г (патент РФ №2075345, 1997).

Эти порошки использовали в качестве сорбентов микроорганизмов из водных сред (Герасимова В.Н., Ушакова Е.В. Антимикробные материалы на основе УДП Al2O3 // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение (Третьи Ставеровские чтения): Материалы Всероссийской научно-технической конференции, 23-24 октября 2003 года, Красноярск ИПЦ КТГУ, 2003, с.122-124).

На примере микробных культур, принадлежащих родам Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas, установлено, что в статических условиях степень извлечения микробных клеток из водных сред независимо от концентрации и pH исходной микробной взвеси составляет 95-99%. В основе адсорбционного механизма лежат силы электростатического притяжения и отрицательно заряженные клетки притягиваются к положительно заряженным центрам поверхности адсорбента. Кроме того, клетка способна выделять внеклеточные белки, с помощью которых она «приклеивается» к твердой поверхности.

Недостатком сорбентов на основе Al2O3 является недостаточная сорбционная емкость и невысокая степень извлечения микробных клеток из водной среды.

Известны (Сваровская Л.И., Овсянникова B.C. Сорбция микроорганизмов из водных растворов на поверхности ультрадисперсных порошков оксида алюминия // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение (Третьи Ставеровские чтения): Материалы Всероссийской научно-технической конференции, 23-24 октября 2003 года, Красноярск ИПЦ КТГУ, 2003, С.41-43) сорбенты микроорганизмов из водных растворов на поверхности - ультрадисперсные порошки оксигидрооксида алюминия (УДП ОГА). В качестве микроорганизмов выступали углеводород окисляющие представители родов Pseudomonas (подвижные, палочкообразные формы). Bacillus (подвижные, палочкообразные, спорообразующие формы) и Micrococcus (округлые неподвижные формы).

Установлено, что в статических условиях увеличение площади удельной поверхности УДП ОГА со 196 м2/г до 300 м2/г приводит к росту поглощающей способности сорбентов в 3-5 раз. Максимальная сорбция, выраженная в процентах, составляет при максимальном исходном числе клеток для микроорганизмов рода Pseudomonas - 76%, рода Bacillus - 86% и рода Micrococcus - 79%.

Основным недостатком сорбентов УДП ОГА является невысокая степень сорбции в статических условиях.

Известны наноразмерные порошки стехиометрических SnO2 и CoFe2O4 для сорбции микроорганизмов (Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, В.И. Итин, А.А. Магаева. Применение наноразмерных частиц SnO2 и CoFe2O4 для сорбции микроорганизмов в статических и динамических условиях // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: Материалы III Междунар. науч. конф. (Белгород, 22-24 сентября 2008 г.). - Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. - 296 с. Порошки получены методом механохимического синтеза из солевых систем и состоят из сферических частиц размером примерно 3-15 нм, при этом удельная поверхность наноразмерных порошков оксида олова и кобальтовой феррошпинели составляет 120 и 160 м2/г, соответственно.

Использовали бикультуру, состоящую из представителей родов Bacillus и Micrococcus, выделенных из нефтезагрязненной почвы на территории Вахского месторождения. Для сравнения параллельную сорбцию проводили на колонке, заполненной силикагелем марки L-40/100 - классическим сорбентом с внутренними микропорами. Сорбцию подвижной спорообразующей культуры Bacillus и округлых неподвижных клеток рода Micrococcus в статических условиях проводили с разной концентрацией клеток в исходной микробной взвеси при pH среды 3.5, 7.0 и 9.5. Действие сорбента на микроорганизмы зависит от конкретных условий проведения опыта, в том числе от pH и количества микроорганизмов в исходной взвеси. Сорбция Micrococcus в зависимости от pH составила 54.60-63,92 млн кл./г или 85.30-99.88%, исходная взвесь содержала 64 млн клеток. Для малоподвижной культуры рода Bacillus удельная сорбция в зависимости от pH при исходном числе 96 млн клеток в объеме взвеси составила 87.36-95.866%. С повышением исходной численности до 124 млн клеток сорбция составила 113.832-119.598 млн кл./г. Максимальный процент сорбции (99.88% для Micrococcus и 94.00-96.45%) для Bacillus получен при pH 7.0. С увеличением числа микробных клеток в исходной взвеси поглощающая способность наносорбента повышается. Подобная закономерность поглощающей способности наносорбента SnO2 по отношению к подвижным клеткам рода Bacillus и неподвижным клеткам рода Micrococcus наблюдается в области щелочных и кислых значений pH. Активность микрококков более подвержена угнетению в условиях кислой среды.

Установлено, что сорбционная способность наноразмерных частиц SnO2 и CoFe2O4 по отношению к микрококкам в статических условиях при pH=7 почти одинакова. При этом сорбция микроорганизмов на силикагеле с высокой удельной поверхностью значительно меньше по сравнению с наносорбентами.

В дальнейшем (Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, В.И. Итин, А.А. Магаева, Е.П. Найден. Наноразмерные композиты SnO2 и CoFe2O4: получение, свойства и их сорбционная активность // Российские нанотехнологии, 2010, т.5, №11, с.88-91; Л.К. Алтунина, Л.И. Сваровская, О.Г. Терехова, А.А. Магаева, В.И. Итин. Сорбционная активность наноразмерных порошков SnO2 и CoFe2O4 // Химия в интересах устойчивого развития, 2011, т.19, с.237-242) определена сорбционная активность стехиометрических наноразмерных порошков SnO2 и CoFe2O4, полученных методом механохимического синтеза, по отношению к взятым по отдельности микроорганизмам родов Micrococcus albus (EL37) и Pseudomonas putida (FL56) из отдела коллекции микроорганизмов ГНЦ «Вектор» (пос. Кольцово, Новосибирская обл.), в том числе из культуральной среды, загрязненной нефтью.

Установлено, что действие сорбента на микроорганизмы зависит от величины pH среды, при этом максимальная сорбция наблюдается при pH=7.2. В статических условиях для сорбента SnO2 величина адгезии клеток Micrococcus при исходном их числе 64 млн составляет 99.6%, а CoFe2O4 - 99.84%. Для клеток Pseudomonas при исходном их числе, равном 124 млн, величина адгезии для сорбента SnO2 равна 99.75%, а CoFe2O4 - 99.99%.

Сравнение полученных результатов показывает, что сорбционная способность наноразмерных частиц стехиометрического CoFe2O4 по отношению к выбранным микроорганизмам выше, чем таковая для частиц SnO2. В связи с вышеизложенным наноразмерный стехиометрический сорбент CoFe2O4 выбран нами в качестве прототипа.

Основным недостатком этого сорбента является недостаточная для практического применения сорбционная способность в статических условиях и повышенная стоимость.

Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективных сорбентов для изготовления стерильных растворов и очистки воды путем повышения сорбционной способности наноразмерных сорбентов по отношению к микроорганизмам.

Поставленная задача решается использованием в качестве сорбента суспензивных в жидкости наноразмерных частиц нестехиометрических кубических феррошпинелей с общей формулой MxFeyO4, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.95, x+y=3.

Для получения наноразмерных порошков нестехиометрических кубических феррошпинелей используют метод механохимического синтеза из солевых систем (патент РФ №2445271, 2010). Этапы синтеза включают в себя механоактивацию и измельчение реагентов, термическую обработку и отмывку полученного продукта от солевой матрицы (хлорида натрия), а также последующую сушку.

Для синтеза кубических нестехиометрических феррошпинелей используют реакции:

2FeCl36H2O+CoCl26H2O+Ca(OH)2+3Na2CO3→CoxFeyO4+CaCl2+6NaCl+3CO2+19H2O

2FeCl36H2O+MnO2+6NaOH→MnxFeyO4+6NaCl+15H2O+1/2O2

NiCl26H2O+2FeCl36H2O+4Na2CO3→NixFeyO4+8NaCl+4CO2+18H2O.

В качестве исходных материалов для синтеза применяют реактивы марок Ч и ХЧ. Хлориды железа, кобальта и никеля являются кристаллогидратами. С целью предотвращения нагрева реакционной смеси (р.с.) и агрегации наночастиц дополнительно вводят хлорид натрия (ХЧ) в соотношении mp/c/:mNaCl=(1:2)-(1:4). Полученную смесь герметизируют в закаленных стальных барабанах со стальными шарами диаметром 5 мм. Механохимический синтез проводят в планетарной мельнице МПВ (ускорение 60 g) при варьировании времени активации, соотношение массы шаров к массе порошка составляет 20:1. Полученный продукт прокаливают в печи при температуре 100°C в течение 60 мин, отмывают в центрифуге (ROTANTA 430R) дистиллированной водой до полного удаления солевой матрицы и высушивают при комнатной температуре.

Фазовый состав, морфологию, дисперсность и параметры структуры наноразмерных порошков определяют с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА, установка Schimadzu XRD-6000, CuKά) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ, прибор ЭМ-125), площадь удельной поверхности (S) - методом десорбции азота (СОРБИ № 4.1), химический состав - методом рентгеновского флуоресцентного анализа (РФА, установка Schimadzu XRF-1800). Данные рентгеноструктурного анализа обрабатывают, используя программу полнопрофильного анализа POWDER CELL 2.5 и уравнение Шеррера. Из значений площади удельной поверхности и плотности частиц рассчитывают их средний размер.

При исследовании магнитных свойств наноразмерных порошков синтезированных феррошпинелей проводят анализ температурных зависимостей начальной магнитной проницаемости на частоте 10 кГц, а также кривых намагничивания и их производных, полученных в импульсных магнитных полях напряженностью до 3 Тл по методике Креслина В.Ю., Найдена Е.П. (ПТЭ, 2002, №1, с.63).

Исследование конечных продуктов механохимического синтеза показывает, что порошки кубических феррошпинелей состоят из наноразмерных частиц сферической формы с диаметрами в интервале 3-17 нм.

Конечные продукты содержат в зависимости от условий синтеза 90-98 об.% шпинельной фазы, остальное в основном β-FeOOH и гематит. Площадь удельной поверхности наноразмерных порошков кубических феррошпинелей равна 120-190 м2/г.

Химический состав наноразмерных порошков кубических феррошпинелей, полученных при отношении массы реакционной смеси к массе инертного компонента (NaCl), равном 1:2, и продолжительности механохимического синтеза 30-40 мин, заметно отличается, как показывает метод рентгенофлуоресцентного анализа, от стехиометрического и общая химическая формула имеет вид MxFeyO4, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.96, x+y=3. Увеличение содержания инертного разбавителя до (1:4) приводит к получению порошков практически стехиометрического состава (табл.1, 2).

Магнитоуправляемость определяется магнитными свойствами наноразмерных порошков кубических феррошпинелей, удельная намагниченность которых составляет 20-30 Гс·см3/г.

Сорбционную активность наноразмерных порошков кубических феррошпинелей исследуют в статическом режиме по отношению к коллекционным штаммам аэробных микроорганизмов Micrococcus albus и Pseudomonas putida, полученным из отдела коллекции микроорганизмов ГНЦ «Вектор» (пос. Кольцово, Новосибирская обл.).

В статическом режиме сорбционную активность наноразмерных порошков кубических феррошпинелей по отношению к микроорганизмам исследуют по методу Е.В. Диановой и А.А. Ворошиловой при pH=7.2. Для этого в большую пробирку вносят 1 г сорбента, 1 мл клеточной взвеси исследуемых микроорганизмов и добавляют 9 мл стерильного физиологического раствора. После встряхивания в течение 10 мин и отстаивания (20 мин) из верхнего слоя жидкости проводят посев на агаровую питательную среду для учета численности микроорганизмов после сорбции. Для более полного осаждения сорбированных клеток пробирки с культурой устанавливают на магниты размером 3×2 см. Исходную численность определяют таким же методом, но без добавления сорбента.

Количественное соотношение компонентов в кубических феррошпинелях определяется известными условиями механохимического синтеза, изложенными выше. При понижении степени разбавления реакционной смеси хлоридом натрия менее 1:2 образуется многофазный продукт, кроме кубической феррошпинели образуется фаза β-FeOOH и увеличивается содержание гематита (табл.1). Состав и свойства такого продукта сложно контролировать. При этом составы со значением x<0.50 при x+y=3 практически не реализуются в условиях эксперимента. При повышении степени разбавления реакционной смеси хлоридом натрия более 1:4 конечный продукт является однофазным и соответствует стехиометрии MFe2O4, но существенно снижается выход целевого продукта, что не выгодно. Дальнейшее разбавление реакционной смеси еще больше снижает выход конечного продукта.

Данные, полученные при измерении сорбционных характеристик наноразмерных порошков стехиометрической кобальтовой феррошпинели CoFe2O4 (прототип) и нестехиометрических кубических феррошпинелей по отношению к бактериальным культурам, представлены в табл.3.

Установлено, что в статических условиях сорбционная способность наноразмерных порошков нестехиометрических кубических феррошпинелей по отношению к бактериальным культурам выше, чем у прототипа - наноразмерных порошков стехиометрической феррошпинели кобальта CoFe2O4.

Использование нестехиометрических кубических феррошпинелей в выбранных экспериментальным путем границах содержания основных элементов (Co, Ni, Mn) обеспечивает высокий уровень сорбции микроорганизмов и позволяет использовать эти материалы для решения различных задач в технике и медицине.

Таблица 1
Химический и фазовый состав конечного продукта в зависимости от отношения массы реагентов к массе инертного разбавителя NaCl (масса шаров: масса реагирующей смеси = 20:1, время активации 30 мин, термообработка 1 час при 100°C)
Отношение массы реагентов к массе инертного разбавителя NaCl Химическая формула Фазовый состав, об.%
1:1 Mn0,62Fe2,38O4 шпинель - 81.4
Fe2O3 - 6.1
β-FeOOH - 12.5
1:2 Mn0,70Fe2,30O4 шпинель - 93.7%
Fe2O3 - 2.4%
β-FeOOH - 3.9%
1:3 Mn0,84Fe2,16O4 шпинель - 98.2
Fe2O3 - 1.8
1:4 Mn1.04Fe1.96O4 шпинель - 99,8
Fe2O3 - 0,2
Таблица 2
Химический и фазовый состав конечных продуктов в зависимости от отношения массы реагентов к массе инертного разбавителя NaCl (масса шаров: масса реагирующей смеси = 20:1, время активации 30 мин, термообработка 1 час при 100°C)
Условия реакции Химическая формула Фазовый состав, об.%
Co0,69Fe2,31O4 шпинель - 95
Fe2O3 - 1
аморф. - 4
mp.c:mNaCl=1:2 Ni0,54Fe2,46O4 шпинель - 95
Fe2O3 - 5
mp.c:mNaCl=1:4 Co0.99Fe2.01O4 шпинель - 90.2
Fe2O3 - 3.2
B-FeOOH - 6.6
Ni0,96Fe2,04O4 шпинель - 97
Fe2O3 - 3
Таблица 3
Сорбционная активность наноразмерных порошков кубических феррошпинелей MxFeyO4 по отношению к микроорганизмам в статических условиях (pH=7.2)
Химическая формула сорбента Сорбция для микроорганизмов, %
Micrococcusalbus Pseudomonasputida
Co0.99Fe2.01O4 (прототип) 99.8400 99.9900
Co0.69Fe2.31O4 100 99.98
Co0.70Fe2.30O4 99.998 99.999
Co0.75Fe2.25O4 99.965 99.997
Co0.79Fe2.21O4 99.930 99.997
Co0.84Fe2.16O4 99.893 99.996
Co0.92Fe2.08O4 99.851 99.994
Co1.01Fe1.99O4 99.842 99.991
Mn0.60Fe2.40O4 99.998 99.9989
Mn0.62Fe2.38O4 100 99.9990
Mn0.70Fe2.30O4 99.9976 99.9972
Mn0.84Fe2.16O4 99.960 99.9920
Mn0.90Fe2.10O4 99.933 99.9910
Mn0.96Fe1.96O4 99.825 99.9960
Mn1.04Fe2.40O4 99.880 99.9940
Ni0.54Fe2.46O4 99.9989 99.9998
Ni0.74Fe2.26O4 99.952 99.9961
Ni0.96Fe2.04O4 99.920 99.9920

Наноразмерный сорбент для сорбции штаммов аэробных микроорганизмов Micrococcus albus и Pseudomonas putida, представляющий собой суспензированные в воде наноразмерные частицы нестехиометрических кубических феррошпинелей с общей формулой MxFeyO4, где M выбран из группы: Co, Mn, Ni, x=0.50-0.96, x+y=3.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области полезных для здоровья композиций и способу их получения. Способ получения композиции неживой лактобациллы, обладающей способностью специфического связывания со Streptococcus mutans, включает следующие стадии: нагревание суспензии клеток лактобациллы или смеси лактобацилл, обладающих способностью специфического связывания со Streptococcus mutans, с исходной температуры ниже 40°C до температуры пастеризации от 75 до 85°C с изменением температуры от 0,5 до 2°C/мин, удерживание нагретой суспензии при температуре пастеризации в течение от 20 до 40 минут и охлаждение суспензии до конечной температуры ниже 40°C с изменением температуры от 0,5 до 2°C/мин.

Группа изобретений касается способа улучшения показателей роста животного и композиции, используемой в таком способе. Охарактеризованный способ включает введение животному, не являющемуся насекомым или человеком, эффективного количества композиции, включающей Bacillus subtilis QST713, с кормом или питьевой водой.
Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ очистки сточных вод.

Изобретение относится к биотехнологии и к сельскохозяйственной микробиологии. Способ предусматривает предпосевную обработку семян, пролив почвы и обработку вегетативных частей растений культуральной жидкостью штамма Lactobacillus plantarum 60-ДЕП, депонированного во Всероссийской государственной коллекции штаммов микроорганизмов, используемых в ветеринарии и животноводстве, с титром 106 KOE/мл при расходе 5-30 мл на 100 мл воды.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод машиностроительных, приборостроительных, электротехнических предприятий от повышенных концентраций ионов меди и других тяжелых металлов.
Изобретение относится к медицинской микробиологии, а именно к получению плотной питательной среды, с помощью которой возможно определение антибиотикочувствительности культур возбудителя легионелеза - Legionella pneumophila.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложена бактерия Bacillus subtilis, продуцирующая 5′-аминоимидазол-4-карбоксамидрибозид (АИКАР).

Изобретение «Применение глубинной морской воды из сероводородной зоны Черного моря в качестве среды культивирования морских водорослей» относится к марикультуре и предназначено для культивирования морских водорослей в лабораторных и промышленных условиях. Техническая сущность изобретения заключаются в применении глубинной воды Черного моря как содержащей сероводород, так и окисленной в качестве среды культивирования морских водорослей. Исследования биогенных свойств водной среды из восстановительной зоны Черного моря, выполненные авторами изобретения показали, что глубинная вода не оказывает губительного действия на черноморские планктонные водоросли в присутствии высоких исходных концентраций сероводорода.

Изобретение относится к винодельческой промышленности. Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae «Айвовый-Д» депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ), ФГУП ГосНИИГенетика под регистрационным номером Y-3973.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен штамм Lactobacillus delbrueckii подвид lactis CNCM I-3741, снижающий содержание холестерина в крови.

Заявленная группа изобретений относится к области биотехнологии. Заявлен биокатализатор для переэтерификации растительных масел, содержащий в качестве ферментативно-активной субстанции частично разрушенные клетки или клеточные лизаты рекомбинантного штамма-продуцента rE.

Изобретение относится к способу получения эфиров жирных кислот - биодизеля, которые могут использоваться в качестве альтернативного биотоплива. Способ производства биодизеля осуществляют путем переэтерификации при смешении растительного масла, спирта и катализатора и последующего выделении целевого продукта.
Изобретение относится к биотехнологии. Бактериальная система предназначена для нормализации микробиоценоза организма человека и животных.
Группа изобретений относится к биотехнологии и пищевой промышленности. Предложен способ получения биокатализатора для переэтерификации жиров.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен фотобиокатализатор, включающий гидрогеназу, иммобилизованную в количестве не менее 0,1 нмоль на 1 см2 на наноструктурированной мезопористой пленке TiO2.

Изобретение относится к области биохимии. .

Изобретение относится к материалам для ювелирной промышленности. Прозрачный, полупрозрачный или непрозрачный композиционный нанокристаллический материал на основе наноразмерных оксидных и силикатных кристаллических фаз содержит одну из кристаллических фаз: шпинель, кварцеподобные фазы, сапфирин, энстатит, петалитоподобную фазу, кордиерит, виллемит, циркон, рутил, титанат циркония, двуокись циркония с содержанием ионов переходных, редкоземельных элементов и благородных металлов от 0,001 до 4 мол.
Наверх