Ультразвук в медицине. Ультразвуковой синтез гетерополисоединений

Ультразвук в медицине.

Институт теплофизики СО РАН  д.т.н. Мальцев Л.И., к.ф.-м.н. Малых Н.В.

В институте теплофизики СО РАН разработан технологический процесс ультразвукового синтеза (УС) гетерополисоединений (ГПС).

Ультразвуковой синтез гетерополисоединений – это новая безотходная энергосберегающая одностадийная технология получения дорогостоящих лекарственных препаратов. В химической технологии производства дорогостоящих лекарственных препаратов существует проблема создания простого, безотходного, малоэнергоёмкого метода синтеза гетерополисоединений.  Существующие традиционные методы сложны, многостадийны, длительны (до 1 месяца), имеют в отходах экологически вредные вещества, требуют больших энергозатрат. Разработанный ультразвуковой метод синтеза гетерополисоединений  основан на использовании пузырьковой кавитации в водном растворе фосфорной кислоты с твёрдыми частицами окислов ванадия и молибдена. Ультразвуковой синтез происходит в реакторе, куда помещают все жидкие и твёрдые реагенты в стехиометрическом соотношении и подвергают воздействию ультразвука в режиме кавитации в течении нескольких часов до получения необходимого продукта. В процессе ультразвуковой обработки суспензии происходит субмикронное дробление твёрдых частиц, нагрев, перемешивание и активация реагентов.

Область использования ГПС.

Современные применения ГПС основаны на их уникальных свойствах: высокий молекулярный вес, электронная и протонная проводимость, восстанавливаемость с образованием окрашенных соединений, возможность широкой вариации элементного состава. Использование ГПС в клинической медицине основано на их способности окислять или же осаждать органические молекулы и коагулировать протеины. Ультразвуковой синтез дорогостоящих лекарственных препаратов – гетерополисоединений для лечения спида, онкозаболеваний и определения Si, As, кокаина и других веществ в крови и биорастворах. Используется в клинической медицине и в анализе лекарственных препаратов, пестицидов и других биологически активных веществ.

Многие соли ГПС биологически активны, обладают антиопухолевой и антивирусной активностью, что связано с высокоселективным ингибированием функций ферментов [3-5]. Например, во Франции для лечения AJDS пациентов используют ион [Na(Sb₂O₇)₂(SbW₇O₂₄)₃]^18-. Исследования в этой области интенсивно развиваются.

Область применения ГПС – катализ (получение фенола, бутанола, пропанола, окисление метана и т. д.); медицина, сельское хозяйство, радиотехническая промышленность. УС ГПС – это новая безотходная энегосберегающая одностадийная технология получения дорогостоящих катализаторов. В химической технологии производства дорогостоящих катализаторов существует проблема создания простого, безотходного, малоэнергоёмкого метода синтеза гетерополисоединений. Существующие традиционные методы сложны, многостадийны, длительны (до 1 месяца), имеют в отходах экологически вредные вещества, требуют больших энергозатрат. Разработанный ультразвуковой метод синтеза гетерополисоединений  основан на использовании пузырьковой кавитации в водном растворе фосфорной кислоты с твёрдыми частицами окислов ванадия и молибдена. Ультразвуковой синтез происходит в реакторе, куда помещают все жидкие и твёрдые реагенты в стехиометрическом соотношении и подвергают воздействию ультразвука в режиме кавитации в течении нескольких часов до получения необходимого продукта. В процессе ультразвуковой обработки суспензии происходит субмикронное дробление твёрдых частиц, нагрев, перемешивание и активация реагентов.

Разработанная новая технология синтеза гетерополисоединений по сравнению с существующими технологиями:

■ ускоряет процесс от суток до нескольких часов;

■ ликвидирует экологически вредные отходы;

■ устраняет многостадийность ;

■ снижает энергозатраты;

■ не требует дополнительного оборудования и изменения технологии для дробления, перемешивания, нагрева реагентов и получения новых  ГПС

Технические характеристики:

Полоса частот,  МГц                                                              0,1 – 1

Мощность,  Вт/cм²                                                                 0,1 – 10

Энергия для получения 1 литра  ГПС,  Квт•час                       2

Длительность синтеза, час                                                       1,5-5

Кроме того, в институте теплофизики СО РАН исследованы следующие ультразвуковые технологические процессы и определены их оптимальны режимы и характеристики.

I.  Ультразвуковой способ снижения микробной контаминации жидких сред

Область применения. Стерилизация и дезинфекция жидких сред, медицинского инструментария и кожных покровов человека.

Технические характеристики

Диапазон частот                                                               10-1000 кГц

Интенсивность излучения                                                0,1-0,5 Вт/см²

Время обработки                                             высокая частота  5-10 мин  низкая  частота 10-20 мин

Преимущества.                 

1.  Снижение времени обработки .

2.  Возможность обработки термолабильных жидкостей.

3.  Удлинение срока службы аппаратуры     

II.  Ультразвуковой способ приготовления стабильных лекарственных мелкодисперсных эмульсий (вода – масло) и суспензий.

Область применения: фармакология, физиотерапия.

Преимущества:

1. Отсутствие разложения в течение длительного времени (до 1 года)

2. Малое время приготовления ≤ 30 мин

3.  Энергия на 1 литр ≈ 0,5 кВт·час

III.  Очистка водных растворов от органических веществ. (фенола,  1,1 –диметилгидразина – ракетное топливо).  

Проведены исследования по окислению фенола в водных растворах показано значительное  увеличение скорости разложения фенола и снижение энергоёмкости процесса.    

IV. Ультразвуковой  ингалятор жидких лекарственных веществ и увлажнитель воздуха.

Применения: фитотерапия, физиотерапия

Преимущества:

1. Возможность избежать нагрева и разложения лекарственных препаратов.

2. Мелкодисперсность (до 2 – 4 мкм) распыления.