Способ фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха

Изобретение относится к медицинской технике широкого назначения и раскрывает способ фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха. Способ включает пропускание воздуха через фотокаталитическую мембрану, при этом в качестве фотокаталитической мембраны используют пористый носитель на основе меди, включающий микропористую медь или бронзу толщиной 3 мм с размерами пор от 0.5 до 20 мкм, или пористый носитель с микропористой структурой с покрытием поверхности пор из наночастиц меди. Далее фотокаталитическую мембрану непрерывно облучают видимым световым источником, представляющим собой светодиодную матрицу, в области спектра от 400 до 780 нм с плотностью мощности светового потока 250-500 мВт/см². Скорость потока очищаемого воздуха через фотокаталитическую мембрану поддерживают в пределах от 1 до 5 м/с. Изобретение может быть использовано в процессах очистки и стерилизации воздуха, прежде всего в помещениях медицинского назначения, в том числе в операционных, стоматологических кабинетах, родильных палатах, а также в жилых и производственных помещениях, на автомобильном, железнодорожном, водном и воздушном транспорте. 4 пр., 4 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике широкого назначения и может быть использован в процессах очистки и стерилизации воздуха, прежде всего, в помещениях медицинского назначения, в том числе в операционных, стоматологических кабинетах, родильных палатах, и так далее, а также в жилых и производственных помещениях, на автомобильном, железнодорожном, водном и воздушном транспорте.

Для определенных помещений существуют требования по необходимости обеззараживания воздуха и оснащения их бактерицидными установками [Р3.5.1904-04. Руководство. Дезинфектология. Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях. – М., 2005.]. Наиболее важными объектами с этой точки зрения являются больничные учреждения, в которых необходимость обеззараживания воздуха строго регламентирована [СанПиН 2.1.3.1375-2003. Гигиеические требования к размещению, устройству, оборудованию и эксплуатации больниц, родильных домов и других лечебных стационаров], а также лечебно-профилактические учреждения [Борисоглебская А.П. Лечебно-профилактические учреждения. Общие требования к проектированию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. – М.: «АВОК-ПРЕСС», 2008.].

Однако, в случае эпидемий и пандемий вирусных инфекций, передающихся воздушно-капельным путем и вызываемых появлением новых штаммов вирусов в результате мутации, остро встает проблема обеззараживания воздуха помещений бытового и общественного назначения, в том числе воздушных объемов внутри транспортных средств, вокзалов, терминалов, аэропортов. Наиболее значимыми по числу жертв за последние сто лет явились пандемия коронавирусной инфекции COVID-19, гонконгского гриппа (за три года (1968—1970) от него умерло от одного до четырех миллионов человек [Rogers, Kara. Hong Kong flu of 1968. Encyclopaedia Britannica. Open Publishing]) и испанского гриппа, унесшего жизни приблизительно 50 миллионов человек за 1918-1920 годы [Rewar S, Mirdha D, Rewar P. Treatment and Prevention of Pandemic H1N1 Influenza // Ann Glob Health. 2015; 81(5):645-53 doi.org/10.1016/j.aogh.2015.08.014].

Известно, что недезинфицированный воздух, а также системы вентиляции и кондиционирования могут быть источниками заражения человека и животных такими болезнетворными микроорганизмами, как вирусы, бактерии, простейшие и грибы. Возбудители инфекций оседают в системах вентиляции, очистки и кондиционирования воздуха и размножаются на их накопительных пластинах и фильтрах. В частности, одной из наиболее опасных техногенных инфекций является легионелез [Зуева Л.П., Яфаев Р.Х. Глава 21. Общая характеристика сапронозов // Эпидемиология. — СПб.: Фолиант, 2005. — С. 556. — 752 с].

В связи с этим в изданном Минздравом России Постановлении №4 от 27 августа 2004 г «Об организации и проведении очистки и дезинфекции систем вентиляции и кондиционирования воздуха» основным положением является требование по оснащению систем вентиляции и кондиционирования воздуха бактерицидным оборудованием на основе современных технологий.

В последнее время для обеззараживания воздуха предлагается использовать сильные электрические поля, в которых происходит разрушение или электропорация микроорганизмов.

Известен способ очистки воздуха в системах вентиляции и кондиционирования с использованием фильтрации, в том числе с помощью HEPA фильтров [Патент US 6428610 B1, Hepafilter, 02.08.2002]. Способ заключается в том, что фильтры пропитаны специальной пылесвязывающей жидкостью, которая позволяет задерживать до 90—95% микробов и частиц пыли, содержащихся в воздухе. Несмотря на высокую эффективность удерживания микроорганизмов, этот способ не может обеспечить стерилизацию воздуха, необходимую для определенных классов помещений, учитывая требования, заключающиеся в вышеприведенных документов.

Дополнительным недостатком известного способа является низкая эффективность стерилизации воздуха от патогенов размером менее 0,3 мкм из-за того, что фильтрующий материал НЕРА фильтра не способен их задерживать. Также, недостатком является необходимость своевременной замены фильтра на новый, чтобы исключить последующую зараженность очищенного воздуха осевшими на фильтре патогенами, поскольку данный способ не предполагает их инактивацию.

Одним из наиболее широко используемых способов очистки и стерилизации воздуха является способ, базирующийся на применении окислительных свойств фотокаталитического элемента на основе диоксида титана, нетоксичного, химически стабильного соединения [YaronPaz, Application of TiO2 photocatalysis for air treatment: Patent’s overview, Applied Catalysis B, vol. 99, pp. 448-460, 2010].

Фотокаталитические свойства диоксида титана известны достаточно давно. Исследования в этой области проводились, начиная с 1930 г. [Journal of Engineering (IOSRJEN): 2250-3021 V.2, N.8 ,2012, p.50-53 The progress of TiO2 photocatalyst coating]. Широкое распространение получили работы по очистке промышленных газов от химических примесей путем их окисления при помощи диоксида титана, облученного УФИ с длиной волны около 350 нм [Патент РФ 2450851, Способ очистки и обеззараживания воздуха, 27.08.2011], [Патент EP 0987048 A1, 22.05.2000 Способ очистки от органических соединений].

В последнее время работы, связанные с использованием диоксида титана как окислителя в основном сосредоточены на улучшении его окислительных свойств. Так, например, известен способ повышения эффективности окислительных свойств диоксида титана [Патент US 20130129805 A1, от 23.05.2013], в котором используют диоксид титана в сочетании с металлическим серебром, являющимся дополнительным окислителем. Также, известен способ окисления [Патент РФ 2259866, Способ фотокаталитической очистки газов, 10.09.2005], при котором очищаемый воздух дополнительно насыщают парами перекиси водорода.

Известен способ очистки воздуха от органических примесей / Патент РФ N 2071816, B 01 D 53/72, 53/86, 1997 г./, заключающийся в том, что воздух с примесями органических соединений пропускают вначале через зону импульсного газового разряда, а затем через блок фотокатализатора, который освещают источником света в видимом или ультрафиолетовом излучении. При этом блок фотокатализатора может содержать трубчатые стеклянные элементы, на которые нанесен слой катализатора-порошка диоксида титана.

Способ является достаточно сложным для использования, имеет недостаточно высокую эффективность из-за малой площади поверхности катализатора.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки воздуха с помощью фотокаталитических мембранных фильтров с использованием диоксида титана [Патент РФ №2151632, Фотокаталитический элемент и способ его получения, 27.06.2000]. Известный способ осуществляют путем создания фотокаталитического элемента на основе пористого носителя с нанесенным на него диоксидом титана. Данный фотокаталитический элемент активно разрушает органические примеси в газе, однако не предусматривает получение стерилизованного воздуха, что является существенным недостатком известного способа.

Фотокаталитический элемент для очистки воздуха от органических примесей, содержащий пористый носитель и порошок диоксида титана анатазной модификации, нанесенный на поверхность носителя, выполнен в заданной дизайном форме по крайней мере из пяти слоев спеченных стеклянных шариков диаметром по крайней мере 0,1 мм, а диоксид титана используют с удельной поверхностью 100 - 150 м²/г и размерами мезопор 5-15 нм.

Серьезным недостатком использования фотокаталитических фильтров с диоксидом титана в известных способах является применение УФИ для облучения диоксида титана. Данный недостаток ограничивает применение таких окислительных устройств в помещениях с людьми. Использование излучения видимой области спектра могло бы устранить эту проблему, однако известно, что при этом резко снижается эффективность фотокаталитического элемента на основе диоксида титана.

Дополнительным недостатком является также, недостаточная прочность покрытия из диоксида титана, что в ряде случаев приводит к осыпанию наночастиц диоксида титана с носителя.

Технической проблемой является разработка способа эффективной контактной и фотокаталитической инактивации патогенов, в том числе любых оболочечных вирусов, например, вирусов гриппа и коронавирусов, в очищаемом воздухе, пропускаемом через освещаемую видимым светом фотокаталитическую мембрану.

Технический результат от использования разработанного способа заключается в повышении его эффективности за счет обеспечении полной инактивации вируса гриппа в воздушной среде.

Кроме того, обеспечивается увеличение конструкционной прочности фотокаталитического элемента и снижение вреда от ультрафиолетового излучения.

Техническая проблема решается и технический результат достигается тем, что способ фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха, включающий его пропускание через фотокаталитическую мембрану, заключается в том, что в качестве фотокаталитической мембраны используют пористый носитель на основе меди, например, микропористую медь или бронзу толщиной до 3 мм с размерами пор от 0.5 до 20 мкм, или пористый носитель с микропористой структурой и покрытием поверхности пор наночастицами меди, при непрерывном облучении фотокаталитической мембраны видимым световым источником например, светодиодной матрицей в области спектра от 400 до 780 нм с плотностью мощности светового потока 250-500 мВт/см², при этом скорость потока очищаемого воздуха через фотокаталитическую мембрану поддерживают в пределах 1-5м/с.

В качестве фотокаталитической мембраны используют пористый носитель, изготовленный из меди или медесодержащего сплава (бронзы), например, изготовленные методом горячего прессования, АО «Уралэлектромедь» по ТУ 1990–122–00194429–2015.

Конструкционная прочность меди и ее сплавов обеспечивается ее металлической природой. Прочность покрытия на базе наночастиц меди обеспечивается специальными методами нанесения этих покрытий.

Например, нанесение покрытия из наночастиц меди на поверхность пор микропористой проницаемой керамической мембраны из корунда толщиной 3 мм и средним размером пор от 0.5 до 20 мкм осуществляли следующим образом.

Необходимый раствор для химического осаждения наночастиц меди на поверхность пор мембраны приготавливался следующим образом. В стакан, содержащий 150 мл дистиллированной воды, добавляли 10 мл гидразин моногидрата для обеспечения бескислородной среды, 0.32 г сульфата меди пятиводной (из расчета на безводный сульфат меди), 18.8 г аскорбиновой кислоты (восстановитель), концентрированного раствора аммиака до рН среды 8.5-9.0, и 2.5 г полиэтиленгликоля. Полиэтиленгликоль использовался в качестве поверхностно-активного вещества. Полученная смесь перемешивалась на магнитной мешалке в течение 2 мин при комнатной температуре для получения однородного раствора.

Мембрана, заранее обезжиренная ацетоном и спиртом, обработанная дистиллированной водой и высушенная на воздухе, помещалась в приготовленную жидкую смесь. Композиция выстаивалась в течение 10 мин для эффективной пропитки раствором всего объема пористой структуры. Затем стакан помещался в нагревательную печь и выдерживался при температуре 90°С в течение 5.0 мин. При этом происходила реакция восстановления меди до медных наночастиц под действием аскорбиновой кислоты в слабощелочной среде в пористой структуре мембраны. Образованные наночастицы меди, обладая высокой поверхностной энергией в силу наноразмера, легко сорбируются развитой пористой поверхностью мембраны. Затем мембрана извлекалась из раствора, тщательно промывалась дистиллированной водой и высушивалась при комнатной температуре.

Толщина мембраны и размеры пор выбираются исходя из необходимости удовлетворения следующим требованиям:

Размеры пор микропористой мембраны, используемой в изобретении, составляют 0.5 – 20 мкм и выбраны из соображения обеспечения достаточно полного проникновения в пористую структуру мембраны большинства патогенных организмов, присутствующих в воздухе, как например, вирус гриппа или коронавирус размером в среднем 0.1 мкм, а также такие патогенные бактерии, как стафилококки – размером около или чуть больше 10 мкм. Высокая разветвленность микропористой структуры мембраны в сочетании с достаточной ее толщиной гарантирует высокую эффективность фотокаталитической и контактной активности меди при стерилизации воздуха. Следует отметить, что такая мембрана обладает и достаточно высокой газопроницаемостью. По предлагаемому способу диапазон скоростей потока инактивируемого воздуха составляет от 1 до 5м/сек. При этом отмечается полная инактивация воздуха.

Увеличению эффективности использования фотодинамических свойств медной поверхности пористой мембраны в процессе инактивации патогенов в очищаемом воздухе способствует и тот факт, что микропористая мембрана толщиной 3 мм освещается светом от светодиодного источника достаточно эффективно во всем ее объеме, так как высокая отражательная способность поверхности меди (в среднем 60-70%) способствует глубокому проникновению света в объем пористой мембраны в процессе многократных отражений излучения светодиодных матриц от поверхности пор.

Уникальные фотофизические свойства меди, в частности, высокое «контактное убийство» бактерий и вирусов медью привлекли широкое внимание исследователей к изучению различных свойств меди как антибактериального, противогрибкового и противовирусного средства [Contact killing and antimicrobial properties of copper. M. Vincent, et all. Journal of Applied Microbiology 124, 1032--1046 © 2017; Debirupa Mitra et all. Antimicrobial Copper-Based Materials and Coatings: Potential Multifaceted Biomedical Applications. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. DOI: 10.1021/acsami.9b17815].

Механизмы антибактериального, противогрибкового и противовирусного действия меди: контактный, фотокаталитический и термический.

Известно, что бактерии, дрожжи и вирусы быстро погибают на медных поверхностях, для этого процесса был даже придуман термин «контактное убийство». Хотя это явление было известно еще c древних времен, в настоящее время к нему снова проявляется повышенный интерес в связи с потенциальным использованием меди в качестве антибактериального материала в медицинских учреждениях.

Было показано, что норовирусы разрушаются на поверхностях, изготовленных из медных сплавов [Warnes S.L., Keevil C.W. Inactivation of Norovirus on Dry Copper Alloy Surfaces // PLOS One. 2013. Vol. 8. Issue 9. P. e75017]. Что касается человеческого коронавируса 229E, то он также быстро инактивировался на ряде сплавов меди (в течение нескольких минут) [Warnes S.L., Little Z.R., Keevil C.W. Human Coronavirus 229E Remains Infectious on Common Touch Surface Materials //mBio. 2015. Vol. 6. Issue 6. P. e01697-15], а сплав Cu/Zn был очень эффективен при более низких концентрациях меди. Воздействие меди разрушало вирусные геномы и необратимо влияло на морфологию вируса. Cu (I) и Cu (II) были ответственны за инактивацию патогенов, которая усиливалась за счет образования активных форм кислорода на поверхностях сплавов. Это свидетельствует о достаточно высокой фотокаталитической активности меди. Следовательно, поверхности из медного сплава могут использоваться в общественных местах и на любых массовых мероприятиях, чтобы помочь уменьшить передачу респираторных вирусов с загрязненных поверхностей и защитить здоровье населения.

В качестве источника облучения носителей на основе меди применяются светодиодные источники излучения, преимущественно светодиодные матрицы, излучающие в видимой области спектра от 400 до 780 нм и работающие в непрерывном режиме. При этом происходит одновременное облучение светодиодами носителя на основе меди и пропускание очищаемого воздуха через носитель.

Преимуществом заявляемого способа фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха относительно наиболее близкого технического решения является более высокая эффективность стерилизации и очистки воздуха путем пропускания очищаемого воздуха через освещаемый видимым светом (вместо ультрафиолетового) объемный фотокаталитический элемент в виде пористой структуры на основе меди, обеспечивающий контактное и фотокаталитическое уничтожение вирусов на всей глубине пористой структуры в отличие от тонких пленочных покрытий, а также, обладающий более высокими прочностными и фотостабильными свойствами.

Способ фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха реализован с помощью устройства, в котором использована фотокаталитическая мембрана на основе меди толщиной до 3 мм с размерами пор от 0.5 до 20 мкм

Пример реализации способа с помощью устройства для обеззараживания воздуха на основе микропористого носителя на основе меди (рис.1).

Схема устройства приведена на рисунке 1, где 1 – входной фильтр, 2 – радиатор охлаждения светодиодных матриц, 3 – светодиодные матрицы, 4 – фотокаталитическая мембрана, 5 – вентилятор, 6 – блок питания светодиодных матриц.

Устройство работает следующим образом:

Воздух засасывается в заборное устройство вентилятором, фильтруется на входном фильтре 1 от пыли и влаги, проходит через отверстия в радиаторе 2, охлаждающем светодиодные матрицы 3, и попадает на поверхность фотокаталитической мембраны, освещаемой белым светом светодиодными матрицами марки ARPL-100W-EPA-5060.

Светодиоды обеспечивают в процессе работы непрерывное освещение фотокаталитической мембраны на основе микропористой медной или бронзовой мембраны белым светом с плотностью мощности 250-500 мВт/см².

Патогены, содержащиеся в очищаемом воздухе, задерживаются на микропористой мембране и инактивируются под действием контакта с медью «контактное убийство» и с активными формами кислорода, нарабатываемыми на поверхности мембраны при ее облучении светодиодами. Воздух очищенный микропористой мембраной проходит далее через вентилятор и попадает в помещение.

1. Пример контактной инактивации вирусов, (выполненной в институте Пастера в мае 2020г.) на фотокаталитической мембране на основе пористой бронзы в воздушной стационарной среде.

Образцы. В качестве фотокаталитической мембраны при испытаниях использовались пластины из микропористой бронзы (размеры пластины 30х40 мм, толщина 3 мм, размеры пор от 0.5 до 20 мкм).

Вирусы. Процесс инактивации вирусов рассмотрен на примере вируса гриппа A/Puerto Rico/8/34 (H1N1) из коллекции вирусных штаммов НИИ гриппа РАМН. Вирус культивировали в течение 48 часов при 36ºС в аллантоисной полости 10-12 дневных куриных эмбрионов.

Подготовка инфекционного материала.

Для подготовки образцов для проведения испытаний на поверхность изучаемых материалов наносили аллантоисную жидкость, содержащую вирус гриппа в объеме 0,3 мл в дозе 5×10⁵ TCID₅₀/мл. Вирус равномерно распределяли по поверхности материала, высушивали и облучали в соответствующих условиях. Контрольный образец облучению не подвергали.

Подготовка оборудования.

В качестве бокса использовалась камера объемом 0,4 м³. Освещение образца пористой бронзы выполнялось в видимой области спектра от 400 до 780 нм с использованием светодиодной матрицы марки ARPL-100W-EPA-5060 с излучающей поверхностью 26х26 мм и с угловой расходимостью излучения 110 градусов.

Проведение процедуры и результаты фотокаталитической контактной инактивации вирусов .

Образцы по очереди помещали в бокс и закрепляли на соответствующем расстоянии от источника излучения (15 мм или 30 мм) параллельно плоскости светодиодной матрицы. Плотность световой мощности на образце пористой бронзы была соответственно 500 и 250 мВт/см². Облучение проводили в течение 30 минут. Контролем служил аналогичный образец микропористой бронзы, не подвергавшийся облучению и выдерживавшийся в боксе в течение 30 минут. Принудительной конвекции воздуха в камере не осуществлялось.

Через 30 минут каждый из образцов доставали из бокса, вирус смывали с поверхности тремя порциями физиологического раствора объемом 0,5 мл каждая и определяли в смывах инфекционную активность вируса при помощи титрования в клетках MDCK. Результаты титрования приведены в табл.1.

Таблица 1

Образец	Инфекционный титр вируса (TCID50/мл)
Микропористая бронза (расстояние до источника 15 мм)	0,0
Микропористая бронза (расстояние до источника 30 мм);	0,0
Микропористая бронза (без облучения)	5×103
Исходный титр вируса в инфицирующем материале	5×105

Как видно из приведенных данных, процедура высушивания вируса с последующей получасовой экспозицией на воздухе и дальнейшим смывом с поверхности бронзы приводила к падению инфекционности вируса на два порядка. Это следует объяснять инактивацией вируса при высушивании, необратимой сорбцией на поверхности материала, а также разбавлением при смывании с поверхности.

Облучение в течение получаса приводило к полной инактивации вирусов (снижению инфекционности вирусов, как минимум, на три порядка) независимо от расстояния до источника света.

2. Пример контактной инактивации вирусов (выполненной в институте Пастера в мае 2020г.) на фотокаталитической мембране на основе пористой меди в воздушной стационарной среде,

Образцы. В качестве фотокаталитической мембраны при испытаниях использовались пластины из микропористой меди (размеры пластины 30х40 мм, толщина 3 мм, размеры пор от 0.5 до 20 мкм).

Вся последующая процедура проведения испытаний по инактивации вирусов на поверхности исследуемых образцов была аналогична той, которая описана в примере 1.

Результаты титрования приведены в табл.2.

Таблица 2.

Образец	Инфекционный титр вируса (TCID50/мл)
Микропористая медь (расстояние до источника 15 мм)	0,0
Микропористая медь (расстояние до источника 30 мм);	0,0
Микропористая медь (без облучения)	5×103
Исходный титр вируса в инфицирующем материале	5×105

Как видно из приведенных данных, процедура высушивания вируса с последующей получасовой экспозицией на воздухе и дальнейшим смывом с поверхности меди приводила к падению инфекционности вируса на два порядка. Это объясняется инактивацией вируса при высушивании, необратимой сорбцией на поверхности материала, а также разбавлением при смывании с поверхности образца.

Облучение в течение получаса приводило к полной инактивации вирусов (снижению инфекционности вирусов, как минимум, на три порядка) независимо от расстояния до источника света.

3. Пример контактной инактивации вирусов, (выполненной в институте Пастера в июне 2020г.), на фотокаталитическом элементе на основе керамической пористой мембраны с покрытием поверхности пор наночастицами меди в воздушной стационарной среде,

Образцы. В качестве фотокаталитической мембраны при испытаниях использовались пластины из электрокорунда с микропористой структурой (размеры пластины 30х40 мм, толщина 3 мм, размеры пор от 0.5 до 20 мкм) с покрытием поверхности пор наночастицами меди

Вся последующая процедура проведения испытаний по инактивации вирусов на поверхности исследуемых образцов была аналогична той, которая описана в примере 1.

Результаты титрования приведены в табл.3.

Таблица 3.

Образец	Инфекционный титр вируса (TCID50/мл)
Микропористый электрокорунд с покрытием наночастицами меди (расстояние до источника 15 мм)	0,0
Микропористый электрокорунд с покрытием наночастицами меди (расстояние до источника 30 мм)	0,0
Микропористый электрокорунд покрытием наночастицами меди (без облучения)	5×103
Исходный титр вируса в инфицирующем материале	5×105

Как видно из приведенных данных, процедура высушивания вируса с последующей получасовой экспозицией на воздухе и дальнейшим смывом с поверхности образца микропористого электрокорунда с покрытием поверхности пор пленкой из наночастиц меди приводила к падению инфекционности вируса на два порядка. Это следует объяснять инактивацией вируса при высушивании, необратимой сорбцией на поверхности материала, а также разбавлением при смывании с поверхности.

Облучение исследуемых образцов в течение получаса также, как и для образцов на основе микропористой бронзы (в примере 1), приводило к полной инактивации вирусов (снижению инфекционности вирусов, как минимум, на три порядка) независимо от расстояния до источника света.

4. Пример очистки и стерилизации воздуха, (выполненный в институте гриппа имени А.А. Смородинцева (С. Петербург)) в июне 2020г., с использованием способа на основе применения освещаемого светодиодами фотокаталитической мембраны на базе пористой бронзы, через который пропускают очищаемый воздух.

Образец. В качестве образца при проведении очистки и стерилизации воздуха использовалось устройство, схема которого представлена на рис. 1, со скоростью потока воздуха через фотокаталитическую мембрану от 1 м/с до 5 м/с. В качестве фотокаталитической мембраны использован пористый носитель на основе микропористой бронзы толщиной 3 мм и диаметром 150 мм с размерами пор от 0.5 до 20 мкм. Освещение фотокаталитической мембраны при проведении испытаний выполняется белым светом светодиодных матриц в области спектра от 400 до 780 нм с плотностью мощности 250-500 мВт/см².

Вирусы. Процесс инактивации вирусов рассмотрен на примере вируса гриппа A/Puerto Rico/8/34 (H1N1), получен из рабочей коллекции лаборатории химиотерапии вирусных инфекций НИИ гриппа РАМН. Был размножен в аллантоисной полости 10-дневных развивающихся куриных эмбрионов, после чего аллантоисная жидкость из эмбрионов была собрана, осветлена при помощи центрифугирования на скорости 7000 об/мин и далее вирус был сконцентрирован при помощи центрифугирования на скорости 20 000 об/мин. В камере распыляли концентрированный вирус с титром не менее 10¹² lgТИД₅₀/0,1мл.

Клеточные культуры. Эксперименты проводили на культуре клеток MDCK, полученной из коллекции лаборатории клеточных культур ФГБУ «НИИ гриппа им. А.А.Смородинцева» Минздрава России. Суспензию клеток (10⁵ клеток/мл) рассевали на 96-луночные планшеты и выращивали в течение суток в СО₂-инкубаторе при 37°С и 5% СО₂, после чего плотность монослоя оценивали визуально с помощью инвертированного микроскопа. В работу отбирали только те планшеты, где сомкнутость монослоя составляла более 90%.

Поддерживающая среда. На 100 мл среды ДМЕМ (питательная среда ДМЕМ с глутамином, Биолот, Санкт-Петербург) вносили 1 мл раствора антибиотиков (ципрофлоксацин, Синтез, Курган) и 0,1 мл раствора TPCK-трипсина (конечная концентрация в среде 1 мкг/мл).

Аэрозольная система для тестирования эффективности дезинфекции воздуха.

Работы производились в герметичном перчаточном боксе, который использовался в качестве аэрозольной камеры. Распыление вирус-содержащей жидкости производилось с помощью медицинского небулайзера Microlife NEB-10 при использовании режима №3 (размер частиц 10-14 мкм). Перемешивание воздуха с аэрозолем осуществлялось с помощью вентилятора Orient F2035. Пробы воздуха объемом 50 м³ отбирали с помощью аспиратора ПУ-4Э, пропуская культуральную жидкость через склянки Дрекселя для улавливания вируса.

Оценка вирулицидной эффективности.

Суспензию, содержащую концентрат вируса гриппа распыляли и отбирали пробы как описано, после чего оценивали титр вируса в пробах следующим образом: из образцов вируса готовили серию 10-кратных разведений (10^-1 – 10^-7) на среде ДМЕМ с глутамином с добавлением 20 мкг/мл ципрофлоксацина (противомикробное средство широкого спектра действия группы фторхинолонов) и 0,5мкг/мл ТРСК-трипсина, и вносили их в лунки планшета с клетками MDCK. Планшеты инкубировали в течение 72 часов при 37°С в атмосфере 5 % СО₂.

Титр вируса определяли с помощью реакции гемагглютинации, для чего культуральную среду переносили в соответствующие лунки иммунологических планшетов с U-образным дном и добавляли равный объем 1% суспензии куриных эритроцитов в физиологическом растворе. По истечении 40 минут визуально оценивали наличие или отсутствие гемагглютинации в лунках. Титр вируса рассчитывали по методу Рида и Менча и выражали в 50% тканевых инфекционных дозах (ТИД₅₀) на 200 мкл объёма.

Результаты. В ходе выполнения эксперимента провели первичную оценку способности исследуемого прибора уничтожать вирус гриппа в виде аэрозоля. Результаты представлены в таблице 4.

Заключение

В ходе данного исследования охарактеризовали вирулицидную эффективность прибора для дезинфекции воздуха на основе фотокаталитических мембран на основе пористой бронзы. Показано, что использование исследуемого прибора приводит к полной инактивации вируса гриппа в воздушной среде.

Как видно, из приведенных примеров реализации разработанного способа, при испытании образцов фотокаталитических мембран и устройства обеззараживания воздуха обеспечивается эффективная контактная и фотокаталитическая инактивация патогенов, в том числе, любых оболочечных вирусов, например, вирусов гриппа и коронавирусов, на поверхности фотокаталитических мембран и в очищаемом воздухе, пропускаемом через освещаемый видимым светом фотокаталитическую мембрану на основе меди или медесодержащего сплава в виде бронзы, или через керамический пористый носитель с аналогичной микропористой структурой с покрытием поверхности пор из наночастиц меди. Обеспечивается полная инактивации вируса гриппа в воздушной среде.

Способ фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха, включающий его пропускание через фотокаталитическую мембрану, отличающийся тем, что в качестве фотокаталитической мембраны используют пористый носитель на основе меди, включающий микропористую медь или бронзу толщиной 3 мм с размерами пор от 0.5 до 20 мкм, или пористый носитель с микропористой структурой с покрытием поверхности пор из наночастиц меди, при непрерывном облучении фотокаталитической мембраны видимым световым источником, представляющим собой светодиодную матрицу, в области спектра от 400 до 780 нм с плотностью мощности светового потока 250-500 мВт/см², при этом скорость потока очищаемого воздуха через фотокаталитическую мембрану поддерживают в пределах от 1 до 5 м/с.