RU2743705C1 - Method for air photocatalytic purification and sterilization - Google Patents

Method for air photocatalytic purification and sterilization Download PDF

Info

Publication number
RU2743705C1
RU2743705C1 RU2020129482A RU2020129482A RU2743705C1 RU 2743705 C1 RU2743705 C1 RU 2743705C1 RU 2020129482 A RU2020129482 A RU 2020129482A RU 2020129482 A RU2020129482 A RU 2020129482A RU 2743705 C1 RU2743705 C1 RU 2743705C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
photocatalytic
copper
membrane
microporous
Prior art date
Application number
RU2020129482A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Михайлович Киселев
Инна Михайловна Белоусова
Игорь Викторович Багров
Татьяна Дмитриевна Муравьева
Андрей Михайлович Стародубцев
Татьяна Константиновна Крисько
Андрей Николаевич Васильев
Владимир Викторович Зарубаев
Анна Андреевна Штро
Олег Сергеевич Житенев
Дмитрий Анатольевич Лиознов
Василий Сергеевич Пимченко
Original Assignee
Валерий Михайлович Киселев
Инна Михайловна Белоусова
Игорь Викторович Багров
Татьяна Дмитриевна Муравьева
Андрей Михайлович Стародубцев
Татьяна Константиновна Крисько
Андрей Николаевич Васильев
Владимир Викторович Зарубаев
Анна Андреевна Штро
Олег Сергеевич Житенев
Дмитрий Анатольевич Лиознов
Василий Сергеевич Пимченко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Михайлович Киселев, Инна Михайловна Белоусова, Игорь Викторович Багров, Татьяна Дмитриевна Муравьева, Андрей Михайлович Стародубцев, Татьяна Константиновна Крисько, Андрей Николаевич Васильев, Владимир Викторович Зарубаев, Анна Андреевна Штро, Олег Сергеевич Житенев, Дмитрий Анатольевич Лиознов, Василий Сергеевич Пимченко filed Critical Валерий Михайлович Киселев
Priority to RU2020129482A priority Critical patent/RU2743705C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743705C1 publication Critical patent/RU2743705C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/18Radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00Compounds of copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: medical equipment.SUBSTANCE: invention relates to multipurpose medical equipment. Disclosed is a method of air photocatalytic purification and sterilization. The method includes passing air through a photocatalytic membrane. A porous copper-based carrier is used as a photocatalytic membrane. The porous copper-based carrier includes microporous copper or bronze 3 mm thick with pore sizes from 0.5 to 20 mcm. Likewise, a porous carrier with a microporous structure with a coating of the pore surface made of copper nanoparticles can be used as a photocatalytic membrane. The photocatalytic membrane is continuously irradiated with a visible light source, which is an LED matrix, in the spectral range from 400 to 780 nm with luminous power density of 250-500 mW/cm2. The flow rate of the purified air through the photocatalytic membrane is maintained in the range from 1 to 5 m/s.EFFECT: invention can be used in the processes of air purification and sterilization primarily in medical premises including operating rooms, dental offices, maternity wards as well as in residential and industrial premises and in road, rail, water and air transport.1 cl, 4 ex, 4 tbl, 1 dwg

Description

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. The invention relates to medical equipment for general purposes and can be used in the processes of purification and sterilization of air, primarily in medical premises, including operating rooms, dental offices, maternity wards, and so on, as well as in residential and industrial premises, on road, rail, water and air transport.

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.]. For certain premises, there are requirements for the need for air disinfection and equipping them with bactericidal installations [Р3.5.1904-04. Leadership. Disinfectology. Use of ultraviolet bactericidal radiation for indoor air disinfection. - M., 2005.]. The most important objects from this point of view are hospital institutions in which the need for air disinfection is strictly regulated [SanPiN 2.1.3.1375-2003. Hygienic requirements for the placement, arrangement, equipment and operation of hospitals, maternity hospitals and other medical hospitals], as well as medical institutions [Borisoglebskaya A.P. Treatment-and-prophylactic institutions. General requirements for the design of heating, ventilation and air conditioning systems. - M .: "AVOK-PRESS", 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].However, in the case of epidemics and pandemics of viral infections transmitted by airborne droplets and caused by the emergence of new virus strains as a result of mutation, the problem of air disinfection in household and public premises, including air volumes inside vehicles, stations, terminals, airports, arises. ... The most significant in terms of the number of victims over the past hundred years was the pandemic of the coronavirus infection COVID-19, the Hong Kong flu (in three years (1968-1970) from one to four million people died from it [Rogers, Kara. Hong Kong flu of 1968. Encyclopaedia Britannica . Open Publishing]) and the Spanish flu, which killed approximately 50 million people between 1918-1920 [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]. It is known that non-disinfected air, as well as ventilation and air conditioning systems, can be sources of infection for humans and animals with pathogens such as viruses, bacteria, protozoa and fungi. Infectious agents settle in ventilation, cleaning and air conditioning systems and multiply on their storage plates and filters. In particular, one of the most dangerous man-made infections is legionellosis [Zueva LP, Yafaev R.Kh. Chapter 21. General characteristics of sapronosis // Epidemiology. - SPb .: Foliant, 2005. - S. 556. - 752 s].

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.In this regard, in the Resolution No. 4 of August 27, 2004, issued by the Ministry of Health of Russia, "On the organization and implementation of cleaning and disinfection of ventilation and air conditioning systems", the main provision is the requirement to equip ventilation and air conditioning systems with bactericidal equipment based on modern technologies.

В последнее время для обеззараживания воздуха предлагается использовать сильные электрические поля, в которых происходит разрушение или электропорация микроорганизмов.Recently, it has been proposed to use strong electric fields for air disinfection, in which destruction or electroporation of microorganisms occurs.

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. A known method of air purification in ventilation and air conditioning systems using filtration, including using HEPA filters [US Patent 6428610 B1, Hepafilter, 02.08.2002]. The method consists in the fact that the filters are impregnated with a special dust-binding liquid, which allows you to retain up to 90-95% of microbes and dust particles contained in the air. Despite the high efficiency of retention of microorganisms, this method cannot provide the sterilization of air necessary for certain classes of premises, taking into account the requirements contained in the above documents.

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. An additional disadvantage of the known method is the low efficiency of air sterilization from pathogens less than 0.3 microns in size due to the fact that the filter material of the HEPA filter is not able to retain them. Also, the disadvantage is the need to timely replace the filter with a new one in order to exclude the subsequent contamination of the purified air by pathogens deposited on the filter, since this method does not imply their inactivation.

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].One of the most widely used methods of purification and sterilization of air is a method based on the use of the oxidizing properties of a photocatalytic element based on titanium dioxide, a non-toxic, chemically stable compound [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].The photocatalytic properties of titanium dioxide have been known for a long time. Research in this area has been carried out since 1930 [Journal of Engineering (IOSRJEN): 2250-3021 V.2, N.8, 2012, p.50-53 The progress of TiO2 photocatalyst coating]. Work on the purification of industrial gases from chemical impurities by their oxidation using titanium dioxide irradiated with UV radiation at a wavelength of about 350 nm has become widespread [RF Patent 2450851, Method for cleaning and disinfecting air, 27.08.2011], [Patent EP 0987048 A1, 22.05 .2000 Method of purification from organic compounds].

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.Recently, work related to the use of titanium dioxide as an oxidizing agent is mainly focused on improving its oxidizing properties. For example, there is a known method for increasing the efficiency of the oxidizing properties of titanium dioxide [US Patent 20130129805 A1, dated 05/23/2013], which uses titanium dioxide in combination with metallic silver, which is an additional oxidizing agent. Also, there is a known oxidation method [RF Patent 2259866, Method for photocatalytic gas cleaning, 09/10/2005], in which the cleaned air is additionally saturated with hydrogen peroxide vapor.

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.There is a known method of air purification from organic impurities / RF Patent N 2071816, B 01 D 53/72, 53/86, 1997 /, which consists in the fact that air with impurities of organic compounds is passed first through the zone of a pulsed gas discharge, and then through a photocatalyst unit that is illuminated with a light source in visible or ultraviolet radiation. In this case, the photocatalyst unit may contain tubular glass elements on which a layer of catalyst-titanium dioxide powder is applied.

Способ является достаточно сложным для использования, имеет недостаточно высокую эффективность из-за малой площади поверхности катализатора.The method is rather difficult to use, has insufficiently high efficiency due to the small surface area of the catalyst.

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. The closest in technical essence is a method of air purification using photocatalytic membrane filters using titanium dioxide [RF Patent No. 2151632, Photocatalytic element and method for its production, 06/27/2000]. The known method is carried out by creating a photocatalytic element based on a porous carrier coated with titanium dioxide. This photocatalytic element actively destroys organic impurities in the gas, but does not provide for the production of sterilized air, which is a significant disadvantage of the known method.

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.A photocatalytic element for air purification from organic impurities, containing a porous carrier and anatase modification titanium dioxide powder applied to the carrier surface, is made in a predetermined design form of at least five layers of sintered glass beads with a diameter of at least 0.1 mm, and titanium dioxide used with a specific surface of 100 - 150 m 2 / g and a mesopore size of 5-15 nm.

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. A serious disadvantage of using photocatalytic filters with titanium dioxide in the known methods is the use of UV radiation for irradiation of titanium dioxide. This disadvantage limits the use of such oxidizing devices in rooms with people. The use of radiation in the visible region of the spectrum could eliminate this problem, however, it is known that this dramatically decreases the efficiency of the photocatalytic element based on titanium dioxide.

Дополнительным недостатком является также, недостаточная прочность покрытия из диоксида титана, что в ряде случаев приводит к осыпанию наночастиц диоксида титана с носителя. An additional disadvantage is also the insufficient strength of the titanium dioxide coating, which in some cases leads to shedding of titanium dioxide nanoparticles from the support.

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.A technical problem is the development of a method for effective contact and photocatalytic inactivation of pathogens, including any enveloped viruses, for example, influenza viruses and coronaviruses, in purified air passed through a photocatalytic membrane illuminated by visible light.

Технический результат от использования разработанного способа заключается в повышении его эффективности за счет обеспечении полной инактивации вируса гриппа в воздушной среде. The technical result from the use of the developed method is to increase its efficiency by ensuring the complete inactivation of the influenza virus in the air.

Кроме того, обеспечивается увеличение конструкционной прочности фотокаталитического элемента и снижение вреда от ультрафиолетового излучения. In addition, an increase in the structural strength of the photocatalytic element and a reduction in harm from ultraviolet radiation are provided.

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.The technical problem is solved and the technical result is achieved by the fact that the method of photocatalytic purification and sterilization of air, including its passage through a photocatalytic membrane, consists in the fact that a porous carrier based on copper is used as a photocatalytic membrane, for example, microporous copper or bronze with a thickness of up to 3 mm with pore sizes from 0.5 to 20 microns, or a porous carrier with a microporous structure and coating of the pore surface with copper nanoparticles, with continuous irradiation of the photocatalytic membrane with a visible light source, for example, an LED matrix in the spectral range from 400 to 780 nm with a luminous flux power density of 250-500 mW / cm 2 , while the flow rate of the purified air through the photocatalytic membrane is maintained in the range of 1-5 m / s.

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. A porous carrier made of copper or a copper-containing alloy (bronze) is used as a photocatalytic membrane, for example, made by hot pressing, JSC "Uralelectromed" according to TU 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. The structural strength of copper and its alloys is ensured by its metallic nature. The strength of the coating based on copper nanoparticles is ensured by special methods of applying these coatings.

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.For example, the deposition of a coating of copper nanoparticles on the surface of the pores of a microporous permeable ceramic membrane made of corundum with a thickness of 3 mm and an average pore size of 0.5 to 20 μm was carried out as follows.

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.The necessary solution for the chemical deposition of copper nanoparticles on the surface of the membrane pores was prepared as follows. In a glass containing 150 ml of distilled water, 10 ml of hydrazine monohydrate was added to provide an oxygen-free environment, 0.32 g of copper sulfate pentahydrate (based on anhydrous copper sulfate), 18.8 g of ascorbic acid (reducing agent), concentrated ammonia solution to pH 8.5-9.0 , and 2.5 g of polyethylene glycol. Polyethylene glycol has been used as a surfactant. The resulting mixture was stirred on a magnetic stirrer for 2 minutes at room temperature to obtain a homogeneous solution.

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. The membrane, previously defatted with acetone and alcohol, treated with distilled water and dried in air, was placed in the prepared liquid mixture. The composition was allowed to stand for 10 minutes to effectively impregnate the entire volume of the porous structure with the solution. Then the glass was placed in a heating furnace and kept at a temperature of 90 ° С for 5.0 min. In this case, the reaction of copper reduction to copper nanoparticles under the action of ascorbic acid in a weakly alkaline medium in the porous structure of the membrane occurred. The formed copper nanoparticles, possessing high surface energy due to their nanosize, are easily sorbed by the developed porous membrane surface. Then the membrane was removed from the solution, thoroughly washed with distilled water, and dried at room temperature.

Толщина мембраны и размеры пор выбираются исходя из необходимости удовлетворения следующим требованиям: Membrane thickness and pore sizes are selected based on the need to meet the following requirements:

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. The pore sizes of the microporous membrane used in the invention are 0.5 - 20 μm and are chosen to ensure a sufficiently complete penetration into the porous structure of the membrane of most pathogenic organisms present in the air, such as influenza virus or coronavirus with an average size of 0.1 μm, as well as such pathogenic bacteria, such as staphylococci - about or slightly more than 10 microns in size. The high branching of the microporous structure of the membrane in combination with its sufficient thickness guarantees high efficiency of the photocatalytic and contact activity of copper during air sterilization. It should be noted that such a membrane also has a fairly high gas permeability. According to the proposed method, the range of flow rates of the inactivated air is from 1 to 5 m / s. In this case, complete inactivation of the air is noted.

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. An increase in the efficiency of using the photodynamic properties of the copper surface of a porous membrane in the process of inactivation of pathogens in the purified air is also facilitated by the fact that a microporous membrane 3 mm thick is illuminated by light from an LED source rather effectively in its entire volume, since the high reflectivity of the copper surface (on average 60 -70%) promotes deep penetration of light into the volume of the porous membrane in the process of multiple reflections of the radiation of LED matrices from the surface of the pores.

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]. The unique photophysical properties of copper, in particular, the high "contact killing" of bacteria and viruses by copper, attracted wide attention of researchers to the study of various properties of copper as an antibacterial, antifungal and antiviral agent [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.Mechanisms of the antibacterial, antifungal and antiviral action of copper: contact, photocatalytic and thermal.

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. It is known that bacteria, yeast and viruses quickly die on copper surfaces; for this process, the term "contact killing" was even coined. Although this phenomenon has been known since ancient times, there is now renewed interest in it due to the potential use of copper as an antibacterial material in medical settings.

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. It has been shown that noroviruses are destroyed on surfaces made of copper alloys [Warnes S.L., Keevil C.W. Inactivation of Norovirus on Dry Copper Alloy Surfaces // PLOS One. 2013. Vol. 8. Issue 9. P. e75017]. As for the human coronavirus 229E, it was also rapidly inactivated on a number of copper alloys (within a few minutes) [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], and the Cu / Zn alloy was very effective at lower copper concentrations. Exposure to copper destroyed viral genomes and irreversibly affected the morphology of the virus. Cu (I) and Cu (II) were responsible for the inactivation of pathogens, which was enhanced by the formation of reactive oxygen species on the alloy surfaces. This indicates a fairly high photocatalytic activity of copper. Consequently, copper alloy surfaces can be used in public places and at any mass gathering to help reduce transmission of respiratory viruses from contaminated surfaces and protect public health.

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. As a source of radiation for copper-based carriers, LED radiation sources are used, mainly LED matrices, emitting in the visible region of the spectrum from 400 to 780 nm and operating in a continuous mode. In this case, the copper-based carrier is simultaneously irradiated with LEDs and the purified air is passed through the carrier.

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.The advantage of the proposed method of photocatalytic purification and sterilization of air relative to the closest technical solution is a higher efficiency of sterilization and air purification by passing the purified air through a volumetric photocatalytic element illuminated by visible light (instead of ultraviolet) in the form of a porous structure based on copper, providing contact and photocatalytic destruction of viruses at the entire depth of the porous structure, in contrast to thin film coatings, and also having higher strength and photostable properties.

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 The method of photocatalytic purification and sterilization of air is implemented using a device in which a photocatalytic membrane based on copper with a thickness of up to 3 mm with pore sizes from 0.5 to 20 μm is used.

Пример реализации способа с помощью устройства для обеззараживания воздуха на основе микропористого носителя на основе меди (рис.1). An example of the implementation of the method using a device for air disinfection based on a microporous carrier based on copper (Fig. 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. The diagram of the device is shown in Figure 1, where 1 is an input filter, 2 is a radiator for cooling LED matrices, 3 are LED matrices, 4 is a photocatalytic membrane, 5 is a fan, 6 is a power supply unit for LED matrices.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

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. The air is sucked into the intake device by a fan, filtered on the inlet filter 1 from dust and moisture, passes through the holes in the radiator 2, which cools the LED matrices 3, and enters the surface of the photocatalytic membrane illuminated with white light by LED matrices 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.LEDs provide during operation continuous illumination of a photocatalytic membrane based on a microporous copper or bronze membrane with white light with a power density of 250-500 mW / cm 2 .

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.Pathogens contained in the purified air are retained on the microporous membrane and are inactivated by contact with copper “contact kill” and with reactive oxygen species generated on the membrane surface when it is irradiated with LEDs. The air purified by a microporous membrane passes further through the fan and enters the room.

1. Пример контактной инактивации вирусов, (выполненной в институте Пастера в мае 2020г.) на фотокаталитической мембране на основе пористой бронзы в воздушной стационарной среде. 1. An example of contact inactivation of viruses (performed at the Pasteur Institute in May 2020) on a photocatalytic membrane based on porous bronze in a stationary air environment.

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). Samples . Microporous bronze plates (plate dimensions 30x40 mm, thickness 3 mm, pore sizes from 0.5 to 20 μm) were used as a photocatalytic membrane in the tests.

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. Viruses. The process of inactivation of viruses is considered on the example of the influenza A / Puerto Rico / 8/34 (H1N1) virus from the collection of viral strains of the Research Institute of Influenza of the Russian Academy of Medical Sciences. The virus was cultured for 48 hours at 36 ° C in the allantoic cavity of 10-12 day old chicken embryos.

Подготовка инфекционного материала. Preparation of infectious material .

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. To prepare samples for testing, an allantoic fluid containing influenza virus in a volume of 0.3 ml at a dose of 5 × 10 5 TCID 50 / ml was applied to the surface of the studied materials. The virus was evenly distributed over the surface of the material, dried and irradiated under appropriate conditions. The control sample was not irradiated.

Подготовка оборудования.Equipment preparation.

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. A chamber with a volume of 0.4 m 3 was used as a box. The porous bronze sample was illuminated in the visible spectral range from 400 to 780 nm using an ARPL-100W-EPA-5060 LED matrix with an emitting surface of 26x26 mm and an angular radiation divergence of 110 degrees.

Проведение процедуры и результаты фотокаталитической контактной инактивации вирусовProcedure and results of photocatalytic contact inactivation of viruses ....

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. The samples were placed in turn in a box and fixed at an appropriate distance from the radiation source (15 mm or 30 mm) parallel to the plane of the LED array. The light power density on the porous bronze sample was 500 and 250 mW / cm 2 , respectively. The irradiation was carried out for 30 minutes. A similar sample of microporous bronze, not exposed to irradiation and kept in the box for 30 minutes, served as a control. Forced convection of air in the chamber was not carried out.

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. After 30 minutes, each of the samples was taken out of the box, the virus was washed off the surface with three portions of saline, 0.5 ml each, and the infectious activity of the virus was determined in the washings by titration in MDCK cells. The titration results are shown in Table 1.

Таблица 1Table 1

ОбразецSample Инфекционный
титр вируса (TCID50/мл)
Infectious
virus titer (TCID 50 / ml)
Микропористая бронза (расстояние до источника 15 мм)Microporous bronze (distance to source 15 mm) 0,00.0 Микропористая бронза (расстояние до источника 30 мм);Microporous bronze (distance to the source 30 mm); 0,00.0 Микропористая бронза (без облучения)Microporous bronze (no irradiation) 5×103 5 × 10 3 Исходный титр вируса в инфицирующем материалеThe initial titer of the virus in the infectious material 5×105 5 × 10 5

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.As can be seen from the above data, the procedure of drying the virus, followed by a half-hour exposure to air and further washing off the bronze surface, led to a decrease in the infectivity of the virus by two orders of magnitude. This should be explained by the inactivation of the virus upon drying, irreversible sorption on the surface of the material, as well as dilution upon washing off the surface.

Облучение в течение получаса приводило к полной инактивации вирусов (снижению инфекционности вирусов, как минимум, на три порядка) независимо от расстояния до источника света. Irradiation for half an hour led to the complete inactivation of viruses (a decrease in the infectivity of viruses by at least three orders of magnitude), regardless of the distance to the light source.

2. Пример контактной инактивации вирусов (выполненной в институте Пастера в мае 2020г.) на фотокаталитической мембране на основе пористой меди в воздушной стационарной среде, 2. An example of contact inactivation of viruses (performed at the Pasteur Institute in May 2020) on a photocatalytic membrane based on porous copper in a stationary air environment,

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). Samples . Microporous copper plates (plate dimensions 30x40 mm, thickness 3 mm, pore sizes from 0.5 to 20 μm) were used as a photocatalytic membrane in the tests.

Вся последующая процедура проведения испытаний по инактивации вирусов на поверхности исследуемых образцов была аналогична той, которая описана в примере 1. The entire subsequent test procedure for inactivation of viruses on the surface of the test samples was similar to that described in example 1.

Результаты титрования приведены в табл.2. The titration results are shown in Table 2.

Таблица 2.Table 2.

ОбразецSample Инфекционный
титр вируса (TCID50/мл)
Infectious
virus titer (TCID 50 / ml)
Микропористая медь (расстояние до источника 15 мм)Microporous copper (distance to source 15 mm) 0,00.0 Микропористая медь (расстояние до источника 30 мм);Microporous copper (distance to the source 30 mm); 0,00.0 Микропористая медь (без облучения)Microporous copper (no irradiation) 5×103 5 × 10 3 Исходный титр вируса в инфицирующем материалеThe initial titer of the virus in the infectious material 5×105 5 × 10 5

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.As can be seen from the data presented, the procedure of drying the virus, followed by a half-hour exposure in air and further washing off the copper surface, led to a two-order drop in the infectivity of the virus. This is due to the inactivation of the virus upon drying, irreversible sorption on the surface of the material, as well as dilution when washed off the surface of the sample.

Облучение в течение получаса приводило к полной инактивации вирусов (снижению инфекционности вирусов, как минимум, на три порядка) независимо от расстояния до источника света. Irradiation for half an hour led to the complete inactivation of viruses (a decrease in the infectivity of viruses by at least three orders of magnitude), regardless of the distance to the light source.

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, 3. An example of contact inactivation of viruses (performed at the Pasteur Institute in June 2020), on a photocatalytic element based on a ceramic porous membrane with a coating of the pore surface with copper nanoparticles in an air stationary environment ,

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 Samples. As a photocatalytic membrane in the tests, we used electrocorundum plates with a microporous structure (plate dimensions 30x40 mm, thickness 3 mm, pore sizes from 0.5 to 20 μm) with a coating of the pore surface with copper nanoparticles.

Вся последующая процедура проведения испытаний по инактивации вирусов на поверхности исследуемых образцов была аналогична той, которая описана в примере 1. The entire subsequent test procedure for inactivation of viruses on the surface of the test samples was similar to that described in example 1.

Результаты титрования приведены в табл.3. The titration results are shown in Table 3.

Таблица 3.Table 3.

ОбразецSample Инфекционный титр вируса (TCID50/мл)Virus infectious titer (TCID50 / ml) Микропористый электрокорунд с покрытием наночастицами меди (расстояние до источника 15 мм)Microporous fused alumina coated with copper nanoparticles (distance to source 15 mm) 0,00.0 Микропористый электрокорунд с покрытием наночастицами меди (расстояние до источника 30 мм)Microporous fused alumina coated with copper nanoparticles (distance to source 30 mm) 0,00.0 Микропористый электрокорунд покрытием наночастицами меди (без облучения)Microporous electrocorundum coated with copper nanoparticles (no irradiation) 5×103 5 × 10 3 Исходный титр вируса в инфицирующем материале The initial titer of the virus in the infectious material 5×105 5 × 10 5

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.As can be seen from the data presented, the procedure of drying the virus, followed by a half-hour exposure in air and further washing off the surface of the sample of microporous electrocorundum with a coating of the pore surface with a film of copper nanoparticles, led to a decrease in the infectivity of the virus by two orders of magnitude. This should be explained by the inactivation of the virus upon drying, irreversible sorption on the surface of the material, as well as dilution upon washing off the surface.

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. Irradiation of the studied samples for half an hour, as well as for samples based on microporous bronze (in example 1), led to complete inactivation of viruses (a decrease in the infectivity of viruses by at least three orders of magnitude), regardless of the distance to the light source.

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. 4. An example of air purification and sterilization (performed at the A.A. Smorodintsev Institute of Influenza (St. Petersburg)) in June 2020, using a method based on the use of a photocatalytic membrane based on porous bronze illuminated by LEDs, through which the purified air is passed ...

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. Sample. A device was used as a sample for air purification and sterilization, the diagram of which is shown in Fig. 1, with an air flow rate through the photocatalytic membrane from 1 m / s to 5 m / s. A porous support based on microporous bronze 3 mm thick and 150 mm in diameter with pore sizes from 0.5 to 20 μm was used as a photocatalytic membrane. Illumination of the photocatalytic membrane during testing is performed with white light of LED matrices in the spectral range from 400 to 780 nm with a power density of 250-500 mW / cm 2 .

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. Viruses . The process of inactivation of viruses is considered on the example of the influenza A / Puerto Rico / 8/34 (H1N1) virus, obtained from the working collection of the laboratory of chemotherapy of viral infections of the Research Institute of Influenza of the Russian Academy of Medical Sciences. It was propagated in the allantoic cavity of 10-day-old developing chicken embryos, after which the allantoic fluid from the embryos was collected, clarified by centrifugation at a speed of 7000 rpm, and then the virus was concentrated by centrifugation at a speed of 20,000 rpm. Concentrated virus with a titer of at least 10 12 lg TID 50 / 0.1 ml was sprayed into the chamber.

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%. Cell cultures . The experiments were carried out on an MDCK cell culture obtained from the collection of the laboratory of cell cultures of the V.I. AA Smorodintsev "of the Ministry of Health of Russia. The cell suspension (10 5 cells / ml) was plated on 96-well plates and grown for a day in a CO 2 incubator at 37 ° C and 5% CO 2 , after which the density of the monolayer was assessed visually using an inverted microscope. Only those plates were selected for work, where the closeness of the monolayer was more than 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). Supportive environment. To 100 ml of DMEM medium (culture medium DMEM with glutamine, Biolot, St. Petersburg), 1 ml of antibiotic solution (ciprofloxacin, Synthesis, Kurgan) and 0.1 ml of TPCK-trypsin solution (final concentration in the medium 1 μg / ml) were added.

Аэрозольная система для тестирования эффективности дезинфекции воздуха. Aerosol system for testing the effectiveness of air disinfection.

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.The work was carried out in a sealed glove box, which was used as an aerosol chamber. Virus-containing liquid was nebulized using a Microlife NEB-10 medical nebulizer using mode No. 3 (particle size 10-14 microns). Air mixing with aerosol was carried out using an Orient F2035 fan. Air samples with a volume of 50 m 3 were taken using a PU-4E aspirator, passing the culture liquid through Drexel flasks to capture the virus.

Оценка вирулицидной эффективности. Evaluation of virucidal efficacy.

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. Suspension containing concentrate influenza virus was sprayed and samples were taken as described, after which the titer of the virus in the samples was estimated as follows: a series of 10-fold dilutions (10-one - ten-7) on DMEM medium with glutamine supplemented with 20 μg / ml ciprofloxacin (a broad-spectrum antimicrobial agent of the fluoroquinolone group) and 0.5 μg / ml TPCK-trypsin, and introduced them into the wells of the plate with MDCK cells. The plates were incubated for 72 hours at 37 ° C in an atmosphere of 5% CO2...

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.The virus titer was determined using the hemagglutination reaction, for which the culture medium was transferred into the corresponding wells of immunological plates with a U-shaped bottom and an equal volume of 1% suspension of chicken erythrocytes in saline was added. After 40 minutes, the presence or absence of hemagglutination in the wells was visually assessed. The virus titer was calculated by the method of Reed and Mench and expressed in 50% tissue infectious doses (TID 50 ) per 200 μl volume.

Результаты. В ходе выполнения эксперимента провели первичную оценку способности исследуемого прибора уничтожать вирус гриппа в виде аэрозоля. Результаты представлены в таблице 4. Results. In the course of the experiment, a primary assessment was made of the ability of the investigated device to destroy the influenza virus in the form of an aerosol. The results are shown in Table 4.

Figure 00000001
Figure 00000001

Заключение Conclusion

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. In the course of this study, the virucidal efficiency of an air disinfection device based on photocatalytic membranes based on porous bronze was characterized. It is shown that the use of the investigated device leads to the complete inactivation of the influenza virus in the air.

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.As can be seen from the above examples of the implementation of the developed method, when testing samples of photocatalytic membranes and air disinfection devices, effective contact and photocatalytic inactivation of pathogens, including any enveloped viruses, for example, influenza and coronaviruses, on the surface of photocatalytic membranes and in the purified air is ensured. transmitted through a photocatalytic membrane based on copper or a copper-containing alloy in the form of bronze illuminated by visible light, or through a ceramic porous support with a similar microporous structure with a coating of the pore surface from copper nanoparticles. Complete inactivation of the influenza virus in the air is ensured.

Claims (1)

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. A method for photocatalytic purification and sterilization of air, including its passing through a photocatalytic membrane, characterized in that a porous copper-based carrier is used as a photocatalytic membrane, including microporous copper or bronze with a thickness 3 mm with pore sizes from 0.5 to 20 μm, or a porous support with a microporous structure with a coating of the pore surface of copper nanoparticles, with continuous irradiation of the photocatalytic membrane with a visible light source, which is an LED matrix, in the spectral range from 400 to 780 nm with a power density luminous flux 250-500 mW / cm2while the flow rate of the purified air through the photocatalytic membrane is maintained in the range from 1 to 5 m / s.
RU2020129482A 2020-09-07 2020-09-07 Method for air photocatalytic purification and sterilization RU2743705C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129482A RU2743705C1 (en) 2020-09-07 2020-09-07 Method for air photocatalytic purification and sterilization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129482A RU2743705C1 (en) 2020-09-07 2020-09-07 Method for air photocatalytic purification and sterilization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743705C1 true RU2743705C1 (en) 2021-02-24

Family

ID=74672743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020129482A RU2743705C1 (en) 2020-09-07 2020-09-07 Method for air photocatalytic purification and sterilization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743705C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786653C1 (en) * 2022-03-09 2022-12-23 Владимир Николаевич Лисецкий Method for manufacturing a drink with antioxidant properties

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3804722A1 (en) * 1988-02-15 1989-08-24 Siemens Ag Method, apparatus and catalyst for eliminating an organic compound from an exhaust gas
RU2068706C1 (en) * 1991-04-01 1996-11-10 Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии Method of cleaning and disinfecting cleaning
RU2151632C1 (en) * 1998-10-20 2000-06-27 Балихин Игорь Львович Photocatalytic element and method for manufacture thereof
JP2011101876A (en) * 2009-10-14 2011-05-26 Sekisui Jushi Co Ltd Photocatalyst, coating agent, interior material, and method for manufacturing the photocatalyst
WO2011084748A2 (en) * 2009-12-21 2011-07-14 Georgia State University Research Foundation Photo-inactivated viruses and systems and methods of using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3804722A1 (en) * 1988-02-15 1989-08-24 Siemens Ag Method, apparatus and catalyst for eliminating an organic compound from an exhaust gas
RU2068706C1 (en) * 1991-04-01 1996-11-10 Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной санитарии, гигиены и экологии Method of cleaning and disinfecting cleaning
RU2151632C1 (en) * 1998-10-20 2000-06-27 Балихин Игорь Львович Photocatalytic element and method for manufacture thereof
JP2011101876A (en) * 2009-10-14 2011-05-26 Sekisui Jushi Co Ltd Photocatalyst, coating agent, interior material, and method for manufacturing the photocatalyst
WO2011084748A2 (en) * 2009-12-21 2011-07-14 Georgia State University Research Foundation Photo-inactivated viruses and systems and methods of using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Vincent, M., et.al. Contact killing and antimicrobial properties of copper. Journal of Applied Microbiology, 124(5), 2018, 1032-1046. doi:10.1111/jam.13681. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786653C1 (en) * 2022-03-09 2022-12-23 Владимир Николаевич Лисецкий Method for manufacturing a drink with antioxidant properties

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Photocatalytic oxidation for antimicrobial control in built environment: a brief literature overview
US7824626B2 (en) Air handler and purifier
US20080194009A1 (en) Novel HVAC pathogen neutralization system
JPH11512301A (en) Photocatalytic air disinfection
Ahmadi et al. Recent advances in photocatalytic removal of airborne pathogens in air
Pal et al. Photocatalytic inactivation of airborne bacteria in a continuous-flow reactor
KR20050123067A (en) Antibiosis filter manufacture method and antibiosis filter
Ren et al. Reusable Cu2-xS-modified masks with infrared lamp-driven antibacterial and antiviral activity for real-time personal protection
Chuaybamroong et al. Performance of photocatalytic lamps on reduction of culturable airborne microorganism concentration
RU2743705C1 (en) Method for air photocatalytic purification and sterilization
Zhao et al. Control technology of pathogenic biological aerosol: Review and prospect
JP2016068543A (en) Base material-silica sol dried product complex having positive hole and method of producing the same
Wang et al. Prussian Blue@ Zeolitic imidazolate framework composite toward solar-triggered biodecontamination
US20230018712A1 (en) Hydroxyl ion generator apparatuses for ceiling mount or walk through
Balikhin et al. Photocatalytic recyclers for purification and disinfection of indoor air in medical institutions
CN113855842A (en) Device for killing bacteria, fungi or viruses
Peng et al. Photocatalytic inactivation technologies for bioaerosols: advances and perspective
RU2386451C2 (en) Method of indoor air disinfection
CN201767110U (en) Photocatalyst protective clothing
CN205717544U (en) A kind of Pneumology Department diagnosis room air circular purification device
CN216148679U (en) Device for killing bacteria, fungi or viruses
CN113769146A (en) Non-contact method for killing bacteria, fungi or viruses
CN202052094U (en) Microbe decomposer
CN102178972A (en) Microbe decomposition device
US20230414821A1 (en) Device and method for attenuating and/or killing microorganisms, viruses, virions, prions, allergens and pseudoallergens and/or for blocking their transmission paths