Современные инженерные решения создания оригинального отечественного генератора оксида азота («Тианокс»)

Оксид азота (NO) – биологически активная молекула, одобренная в 1999–2008 гг. для лечения стойкой легочной гипертензии у новорожденных в США, Японии и большинстве стран Европы. В настоящее время вдыхаемый NO используется для лечения ряда сердечно-легочных расстройств, включая легочную гипертензию у детей и взрослых. В качестве коммерчески доступной системы доставки NO используются баллоны под давлением как источник NO. Современные системы доставки на основе баллонов широко используются в мире, но они громоздки, имеют высокую стоимость и зависят от надежной цепочки поставок.
Целью работы явилось представление оригинального отечественного генератора для ингаляционной терапии NO. За последние несколько лет для преодоления ограничений использования баллонной технологии специалистами Федерального государственного унитарного предприятия «Российский феде- ральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ») разработан плазмохимический генератор NO, производящий NO из окружающего воздуха при использовании неравновесной плазмы искрового разряда. При этом реализован диффузный режим разряда, обеспечивающий максимально эффективный синтез NO с участием возбужденных молекул азота N2+ по цепному механизму, аналогичному цепной реакции Зельдовича–Семенова. В результате получена NO-содержащая газовая смесь высокого качества, не содержащая токсичные побочные продукты (материал электродов, озон и др.), образующиеся обычно в известных системах этого типа.
Заключение. На основе разработанного генератора специалистами ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ» спроектирован и создан первый в мире коммерчески доступный аппарат для ингаляционной терапии «Тианокс». По результатам технических и клинических испытаний приказом Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения (2020) аппарат «Тианокс» допущен к обращению на территории Российской Федерации. Организовано серийное производство аппарата «Тианокс», удовлетворяющее требованиям ISO 13485-2016 и ГОСТ ISO 13485-2017.

1. Vanin A.F. Dinitrosyl iron complexes as a “working form of nitric oxide in living organisms”. Cambridge: Cambridge School Publishing, 2019.

2. Ostwald W. (1907) Process of manufacturing nitric. US Patent N858904

3. Ren H, Wu J, Xi C et al. Electrochemically modulated nitric oxide (NO) releasing biomedical devices via copper (II) – Tri (2-pyridylmethyl) amine mediated reduction of nitrite. ACS Appl Mater Interfaces. 2014, 6: 3779-3783. DOI:10.1021/am406066a

4. Patent US5094815A Photolytic interface for HPLC-chemiluminescence detection of nonvolatile N-nitroso compounds. Published: May 10, 1992.

5. Patent US3973910A Method of measuring the N-nitrosoamine content of a sample. Published: Aug. 10, 1976.

6. Patent US3996002A Method and apparatus for measuring the n-nitroso compound content of a sample. Published: Dec. 7, 1976.

7. Patent US3996003A Specific compound detection system with liquid chromatograph. Published: Dec. 7, 1976

8. Patent US3996008A Specific compound detection system with gas chromatograph. Published: Dec. 7, 1976.

9. Patent US6758214B2 Simple nitric oxide generator for ambulatory and/or bedside inhaled no treatment. Published: July 6, 2004.

10. Patent US2016136376A1 Method and apparatus for generating nitric oxide for medical use. Published: May 19, 2016.

11. Patent EP1903003A1 Apparatus and method for photolytic production of nitric oxide. Published: March 26, 2008.

12. Patent CN103269973A Method and arrangement for generating nitric oxide. Published: Aug. 28, 2013.

13. Eyde HS. The manufacture of nitrates from the atmosphere by the electric arc - Birkeland-Eyde process. JR Soc Arts. 1909, 57(2949): 568-576.

14. Zeldovich YB. The oxidation of nitrogen in combustion and explosions. Acta Physicochim URSS. 1946, 21(4): 577-628. DOI: 10.1515/9781400862979.364

15. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий. Окисление азота при горении. М.; Л.: Издательство АН СССР, 1947.

16. Кинетика и термодинамика образования окислов азота в плазменной струе. В кн: Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме. Под ред. Л.С. Полака. М.: Наука, 1965.

17. Patent RU2183474 (C1)

18. Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И., Селемир В.Д., Ширшин А.С. Импульсно-периодический диффузный разряд с автоионизацией в потоке газа. Журнал технической физики. 2020, 90(5): 755-759. DOI: 10.21883/JTF.2020.05.49175.220-19

19. Елецкий А.В., Палкина Л.А., Смирнов Б.М. Явления переноса в слабоионизованной плазме. М.: Атомиздат, 1975.

20. Химия плазмы. Под ред. Б.М. Смирнова. М.: Атомиздат, 1978.

21. Буранов С.Н., Карелин В.И., Селемир В.Д., А.С. Ширшин. Аппарат для ингаляционной NO-терапии. Приборы и техника эксперимента. 2019. 5: 158-159. DOI: 10.1134/S0032816219040037.

22. Чыонг Т.Т., Шогенова Л.В., Селемир В.Д., Чучалин А.Г. Эффекты ингаляционного оксида азота у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких с гиперкапнической дыхательной недостаточностью и легочной гипертензией. Пульмонология. 2022, 32(2): 216-225. DOI: 10.18093/0869-0189-2022-32-2-216-225.

23. Буранов С.Н., Карелин В.И., Селемир В.Д., Ширшин А.С., Пичугин В.В., Домнин С.Е. Аппарат ингаляционной терапии оксидом азота «ТИАНОКС» и первый опыт его клинического применения в кардиохирургии. В кн.: Материалы научно-образовательной конференции «Актуальные вопросы и инновационные технологии в анестезиологии и реаниматологии». СПб.; 2018: 4-9.

24. Баутин А.Е., Селемир В.Д., Маричев А.О. и др. Ингаляционный NO в медицине: перспективные направления клинического применения и технической реализации методики. В кн.: Трансляционная медицина. Под ред. академика РАН Е.В. Шляхто. СПб.: Санкт-Петербург, 2020.