Группа изобретений относится области нанотехнологий. а именно области синтеза наночастиц, в частности, наноалмазов. и сохранения их в дезагрегатированном состоянии. Заявляемые технические решения могут быть использованы при создании лекарственных средств, включающих наночастицы.

Наноалмазы относятся к классу наночастиц, обладающей крайней степенью нестабильности, что сильно затрудняет их дальнейшее использование, так как уже с момента создания наноалмазы агрегатируют и образуют агломераты частиц. Известен способ выделения синтетических ультрадисперсиых алмазов, включающий обработку алмазной шихты кислотными смесями при повышенной температуре. При этом обработку ведут водными растворами азотной кислоты при давлении, обеспечивающем протекание процесса в жидкой фазе, в две стадии: на первой стадии - водными растворами азотной кислоты концентрации 50 - 99% при температуре 80 - 18O ⁰ C, на второй - концентрации 10 - 40% при 220 - 28O ⁰ C (патент РФ на изобретение Ж21 09683).

При реализации известного способа образуется композиционный материал, состоящий из двух компонентов: алмазное монокристаллическое ядро размером 1 - 120 им, имеющее многочисленные поверхностные дефекты и трёхслойная оболочка из аминных групп (rидроксильные, карбонильные, карбоксильные, хинонные, чисто углеродные), что приводит к невозможности дальнейшего использования полученных наночастиц вследствие того, что наночастицы нуждаются в модификации оболочки, которая проводится методами химического воздействия, что в ряде случаев приводит к появлению токсичнос ти. Известен способ очистки алмазов, заключающийся в том. что алмазосодержащее сырье перемешивают с 5-20%-ным раствором азотной кислоты при 50- 100° С. осадок с влажностью 60-90% обрабатывают окислительной серно- азотной или нитро-олеумной смесью в проточном реакторе (а. с. СССР .Ny 1 770272).

Данный способ позволяет повысить скорость процесса очистки от примесей (микрочастиц), однако не предусматривает возможности синтеза наноматериалов.

Известен иаиоалмаз, содержащий углерод, водород, азот и кислород, при этом углерод входит в состав наноалмаза в виде алмазной кубической модификации и в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):( 1 8-5) мac.% по массе углерода соответственно. и способ его получения. включающий детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом в замкнутом объеме в газовой среде, инертной к углероду, в окружении конденсированной фазы и последующую химическую очистку, при этом осуществляют детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества, помещенного в оболочку из конденсированной фазы, содержащей восстановитель, при количественном соотношении массы восстановителя в конденсированной фазе к массе используемого углеродсодержащего взрывчатого вещества не менее 0,01 : 1 , химическую очистку проводят путем обработки продуктов детонации 2-40%-нoй водной азотной кислотой совместно с кислородом сжатого воздуха при температуре 200-280 ⁰ C и давлении 5-15 МПа (патент РФ на изобретение JV°2348580).

Однако в результате реализации известного способа алмазные наночастицы получают в агрегатированном состоянии, что не позволяет использовать их в медицинских целях ввиду высокой токсичности и, кроме того, известные наноалмазы обладают деформированной структурой и широким диапазоном поперечных размеров, что также затрудняет их дальнейшее применение.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой группе изобретений является способ получения биологически активных улыvрадисперсиых алмазов (УДА) детонационного синтеза, включающий получение путем детонации (взрыва) специальных смесевых взрывчатых веществ (BB). обладающих избытком атомов углерода (по отношению к окислителю) в молекуле BB. в неокислительной среде (газовой, жидкой, твердой). Получаемая после взрыва алмазная шихта содержит 30- 60 мac.% алмазов с размером 1 - 120 нм (средний размер 4-6 нм) и подвергается химической очистке, включающей окисление неалмазного углерода (35-65 мac.%) и растворение металлосодержащих примесей (2-5 мac.%) в водной азотной кислоте при высоких температурах (240-260°C) и давлении (до 100 атм). Получаемые в крайне нестационарном режиме во фронте детонационной волны и в очень короткое время (менее 10-6 с) микрокристаллы алмаза обладают большим количеством поверхностных дефектов. Из-за этого поверхностные атомы углерода кристалликов алмаза не успевают стабилизировать свою электронную оболочку стандартным образом - замыканием своих неспаренных электронов на соответствующие связи внутри кристалла с внутренними атомами углерода. Поэтому стабилизация возмущенной электронной оболочки поверхностных атомов углерода в кристалликах алмаза происходит за счет образования "бахромы" различных кислородсодержащих групп из кислорода и водорода, содержащихся в молекулах исходных BB. Таким образом, кристаллы УДА. имея химически пассивное ядро классического кубического алмаза круглой или овальной формы без режущих кромок, в то же время имеют и достаточно химически активную (пусть в слабой форме) поверхностную "бахрому" неопасных для живого организма функциональных групп (окси-, карбокси-. карбонильные и др.) (описание изобретения к патенту РФ N^2203068).

При получении наноалмазов (НА) известным способом, физика протекания детонационного процесса приводит к образованию неоднородных НА и агломератов НА с размерами от сотни нанометров до нескольких микронов. Присутствие в полученном веществе микрочастиц является практически непреодолимым препятствием к применению НА в медицинских целях.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа технических решений, является создание углеродсодержащих наночастиц и способа их получения, позволяющего синтезировать и сохранять в дезагрегатированном состоянии наночастицы, обладающие минимальной токсичностью, что способствует использованию полученных наноалмазных частиц в медицинских целях.

Технический результ ат, который может быть достигнут при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в устранении свойств свободного радикала и выравнивании размеров наночастиц.

Поставленная задача решается тем. что углеродсодержащая наночастица состоит из углеродного кубического монокристаллического ядра, размеры которого не превышают 4 нм, и оболочки из монокристалических углеродов SP структуры толщиной от 0,190 до 0,200 нм. В способе получения углеродсодержащих NSP ³ - наночастиц. согласно техническому решению, осуществляют подрыв заряда взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом, при этом заряд предварительно обкладывают льдом, охлажденным ниже минус 25 С, в соотношении 1 :4-6 к массе заряда взрывчатого вещества, химическую очистку суспензии углеродсодержtшμιх наиочастιιη. полученной в результате подрыва заряда, и дезагрегацию углеродсодержащих наночастиц в составе суспензии, включающую многократное замораживание суспензии до температуры ниже температуры кипения жидкого азота. При деагрегаιμιи углеродсодержащих наночастиц после многократ ного замораживания суспензию подвергают воздействию ультразвуковых волн с частотой 18-27 Гц в течение 5- 18 минут, а количество последовательных замораживаний суспензии составляет не менее трех. Взрывчатое вещество сос тоит из смеси трини тротолуола и гексогена и представляет собой пластическую массу, сформованную в цилиндр с соотношением диаметра цилиндра к высоте 1 :6. Очистка суспензии химическим способом включает в себя удаление примесей металлов из суспензии с помощью нагрева в течение 5-7 часов в 10-20% растворе азотной кислоты.

Заявляемые наночастицы имеют ограниченный размер 2-4 нм и четко очерченную однородную структуру. Основу наночастицы составляет углеродное кубическое монокристаллическое ядро высокой плотности. Ядро покрыто однослойной оболочкой из монокристалическоrо углерода SP ³ структуры, толщиной

0,197 нм.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Предварительно к подрыву подготавливают взрывчатое вещество (BB) с отрицательным кислородным балансом, которое представляет собой смесь из тринитротолуола (TNT) и гексогена (RDX). Кислородным балансом называют избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода в взрывчатом веществе по сравнению с количеством, необходимым для полного-окисления содержащихся в нем углерода, водорода и других элементов, способных к окислению при взрыве. Носителями кислорода в BB являются обычно соли азотной кислоты — аммиачная, натриевая или калиевая селитра и т. п. Кислородный баланс может быть нулевым, положительным или отрицательным. Нулевым считается такой кислородный баланс, при котором в составе BB кислорода содержится столько, сколько его необходимо для полного окисления всех горючих элементов, входящих в состав BB. т. е. углерода, водорода или твердых горючих добавок. Если количес тво кислорода нсдос ι а ι очно для полного окисления горючих элементов, то кислородный баланс считается отрицательным.

Тринитротолуол представляет собой желтоватое кристаллическое вещество с температурой плавления 80.35 °C (плави тся в очень горячей воде). Энергия взрывчаюго превращения - 1010 ккал/кг. Скорость распространения волны детонации - - 6700-7000 м/с (плотность: 1.6 г/см ^" ) Теплота взрыва - 4228 кДж/кr. Ьризантность по Гессу 16 мм Ьризантность по Касту 3.9 мм.

Гексоrен — одно из самых сильных и высокобризантных применяемых BB. Представляет собой белое кристаллическое вещество, уд. в. 1.8. температура плавления 205 ⁰ C с разложением.

Смесь для подрыва готовят в пропорциональном соотношении тринитротолуол- 50 - 70% и i ексоген - 30 - 50%. Взрывчатое вещество формируют в цилиндр, соблюдая при этом соотношение диаметра цилиндра к его высоте как 1 :6. Для детонации цилиндр BB (заряд) закладываю! во взрывную камеру объемом 2-3 м , после чего его (заряд) охлаждают, обкладывая льдом температуры минус 25 С.

Соотношение массы заряда к массе льда составляет 1 :4-6. Наиболее оптимальным соотношением является 1 :5. Подрыв заряда осуществляют непосредственно после обкладывания льдом с помощью электродетонатора, размещенного с торца заряда внутри него. Цилиндрическая форма заряда способствует радиально-аксиальному распространению фронта детонационной волны. Образование наноалмазных частиц происходит в детонационной волне в зоне химической реакции. Алмаз является фазой высокого давления. При детонации BB наиболее благоприятные условия для его образования реализуются в детонационной волне. Алмаз в детонационной волне образуется в результате полиморфного превращения аморфного углерода. В результате подрыва заряда взрывчатого вещества получают водную суспензию алмазной шихты, которую сливают из взрывной камеры в приемную емкость через 3 минуты после подрыва. Суспензию алмазной шихты фильтруют от грубых и мелких примесей, подвергают магнитной сепарации и отжимают до плотного и легко снимаемого осадка на центрифуге. Далее влажную алмазную шихту отправляют на стадию химической очистки, где ее вводят в 60%-yю HNOj (азотную кислоту), подвергают мощному диспергированию, фильтруют от трудноудаляемых примесей и подают насосами-дозаторами в систему проточных сложнопрофилированных титановых реакторов. Температура процесса 230-240 ⁰ C, давление 8-10 МПа. время пребывания реакционной массы в зоне высоких температур 30-40 мин. В этих условиях алмазная шихта очищается от неалмазного углерода и несгораемых примесей, находящихся в виде комплексных солей. После очистки от органических примесей и промывки наночастиц, производят обработку суспензии в 15% растворе азотной кислоты при температуре 60 ⁰ C в течении 6 часов для удаления примесей металлов. По окончании процесса химической очистки углеродсодержащей суспензии. производят дезагрегацию наночастиц, содержащихся в суспензии. Для этого суспензию троекратно замораживают до температуры кипения жидкого азота с промежуточным размораживанием до комнатной температуры. В процессе замораживания развивается давление 2500 кг/мм ^~ и инициируется процесс разрушения агрегатов наночастиц. После трехкратного замораживания суспензия подвергается мощной ультразвуковой обработке диспергатором в течение 5-18 минут и частоте 1 8-27 Гц. Наночастицы. обработанные таким образом, в течение 6 месяцев сохраняют устойчивость к образованию устойчивых (первичных) агломератов. Образующиеся неустойчивые (вторичные) агломераты легко распадаются при обработке слабым ультразвуковым импульсом.

Полученные при помощи заявляемого способа наночастицы имеют стандартные размеры 2-4 нм. общей площадью поверхности >420 ivг/r, химическую чистоту 99,99%, полное отсутствие примесей металлов, при этом наблюдаются аномально высокие абсорбционные характеристики полученной наночастицы (от 1 до 10 мкг-Экв/м ² ). Совокупность описанных свойств создает предпосылки для использования заявляемых наночастиц в медицине.

В частности, был проведен эксперимент по изучению NSP ³ -нaнoчacтиц на пролиферацию клеток. При добавлении суспензии, содержащей NSP ³ -нaнoчacтицы, в клеточную структуру, инициируется процесс прикрепления наночастиц к поверхности клеток. NSP ³ - наночастицы были прочно присоединены к поверхности клетки в течение первых 15 минут их совместного сосуществования и оставались присоединенными в течение всего времени наблюдения. Через 3 часа соединение очень сильное и распространенное, а через б часов клетки продолжают оставаться с прикрепленными наночастицами.

Эти наблюдения указывают, что NSP ³ частицы могут широко прикрепляться к мембране клетки (такие же результаты получены в результате наблюдений с оптическим микроскопом и HeLa сеlls) и. гак как они не ингибируют пролиферацию клетки, они могут использоват ься в комбинации с известными биоматериалами, что улучшит их способность присоединения к клетке и распространения на ней.

Исследование возможного токсического эффекта NSP ⁴ - наночастиц проведено на клетках животных с использованием двух перманен тных клеточных линий: Vеrо (клетки почки зеленой африканской обезьяны) и HeI . а (эпичелиоидная карцинома шейки матки, человеческие клетки). Метаболическая акт ивность клеток наблюдалась при помощи MTT теста (MTT аssау). На HeLa клетки NSP ³ часι ицы оказывают токсическое действие в среднем в 30% и только в высоких концентрациях (165 и 1650 μg/ml) и юлько после дли тельной экспозиции.

В результате применения заявляемого способа получают суспензию. содержащую NSP ³ -нaнoчacтицы с минимальным уровнем токсичности, что позволяет применить полученные наночастицы в медицинских целях, а именно при лечении онкологических заболеваний.