Бактерицидные свойства модульных защитных материалов

Ранее нами был разработан принцип построения модульных материалов с заданными свойствами, согласно которому металлоорганические композиты с введенными в них наноразмерными металлическими комплексами наносят на тканевую унифицированную платформу. Цель работы – изучение свойств тканевой унифицированной платформы и установление возможности придания волокнистым материалам (тканям) защитных бактерицидных свойств. Такая платформа имеет высокую стабильность и хорошую бактерицидность. В настоящей работе показано, что наиболее значимыми для биоцидности ткани были показатели, отражающие размер частиц дисперсной фазы, распределение частиц по размерам, химический состав дисперсионной фазы, качественное и количественное соотношение примесей в дисперсионной среде, концентрация частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде, ζ-потенциал частиц дисперсной фазы; смачиваемость волокон материала основным компонентом дисперсионной среды (растворителем), испаряемость основного компонента дисперсионной среды (растворителя). Бактерицидные свойства зависели от выбранного способа функционализации волокнистого материала. Благодаря принципу модульного построения материалов с заданными свойствами оказалось возможным использовать металлоорганические композиты с введенными в них комплексами из наночастиц металлов. Исследования биоцидной активности волокнистых материалов, функционализованных металлическими наночастицами, по отношению к разным видам бактерий показало, что возможно достижение характеристик, сопоставимых или даже превышающих известные характеристики антимикробных препаратов (хлоридов бензетония и бензалкония), применяющихся в настоящее время в медицинской практике. В качестве тканевой унифицированной платформы, на которую наносят специальные модули, предложено использовать параарамидную защитную ткань (волокно «Русар»), а также другие виды тканей – смесовые арамидновискозовые, арамиднохлочатобумажные, арамиднополиакрилатные, метаарамид (волокно «Номекс»). Определены подходы к приданию материалам (тканям) бактерицидных защитных свойств.

1. Завьялов В.В., Завьялова Н.В., Холстов В.И. и др. Противохимические свойства модульных защитных материалов // Вестник войск РХБ защиты. 2022. Т .6. No 1. С. 4–19. https://doi.org/10.35825/2587-5728-2021-6-1-4-19

2. Perepelkin K. Principles and methods of modification of fibres and fibre materials. A review // Fibre Chemistry. 2005. V. 37. P. 123–140. https://doi.org/10.1007/s10692-005-0069-6

3. Leont’ev V.K., Pogorelski I.P., Frolov G.A. et al. Antibacterial properties of aqueous colloid solutions of metal and metal oxide nanoparticles against dental plaque bacteria // Nanotechnol. Russia. 2018. V. 13. No 3-4. P. 195–198. https://doi.org/10.1134/S1995078018020040

4. Frolov G., Lyagin I., Senko O. et al. Metal nanoparticles for improving bactericide functionality of usual fibers // Nanomaterials. 2020. V. 10. No 9. P. 1724. https://doi.org/10.3390/nano10091724

5. Deryabina D.G., Efremova L.V., Karimov I.F. et al. Comparative sensitivity of the luminescent Photobacterium phosphoreum, Escherichia coli, and Bacillus subtilis strains to toxic effect of carbon-based nanomaterials and metal nanoparticles // Microbiology. 2016. V. 85. P. 198–206. https://doi.org/10.1134/S0026261716020053

6. Gunalan S., Sivaraj R., Rajendran V. Green synthesized ZnO nanoparticles against bacterial and fungal pathogens // Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2012. V. 22. No 6. P. 693–700. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2012.11.015

7. Vidovic S. Elder J., Medihala P. et al. ZNO nanoparticles impose a panmetabolic toxic effect along with strong necrosis, inducing activation of the envelope stress response in Salmonella enterica serovar Enteritidis // Antimicrob. Agents Chemother. 2015. V. 59. No 6. P. 3317–3338. https://doi.org/10.1128/AAC.00363-15

8. Azam A., Ahmed A.S., Oves M. et al. Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria: a comparative study // Int. J. Nanomedicine. 2012. V. 7. P. 6003–6009. https://doi.org/10.2147/IJN.S35347

9. Mahdy S.A., Mohammed W.H. Emad H., et al. The antibacterial activity of TiO2 nanoparticles // J. Univ. Babylon. 2017. V. 25. P. 955–961.

10. Guo B.L., Han P., Guo L.C. et al. The antibacterial activity of Ta-doped ZnO nanoparticles // Nanoscale Res. Lett. 2015. V. 10. P. e336, https://doi.org/10.1186/s1167-015-1047-4

11. Ansari S. A., Oves M., Satar R., et al. Antibacterial activity of iron oxide nanoparticles synthesized by coprecipitation tehnology against Bacillus cereus and Klebsiella pneumonia // Pol. J. Chem. Technol. 2017. V. 19. No 4. P. 110–115.

12. Akbar A., Sadiq M.B., Ali I., et al. Sinthesis and antimicrobial activity of zinc oxide nanoparticles against foodborne pathogens Salmonella typhimurium and Staphylococcus aureus // Biocatal. Agric. Bijtechnol. 2019. V. 17. P. 36–42.

13. Hayden S.C., Zhao G., Saha K. et al. Aggregation and intraction of cationic nanoparticles on bacterial surfaces // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134 P. 6920–6923.

14. Kumar R., Umar G., Nalva H.S. Antimicrobial properties of ZnO nanomaterials: a review // Ceram. Int. 2017. V. 43. No 5. P. 3940–3961.

15. Allzahrani K.E., Niazy A.A., Alswieleh A.M. et al. Antibacterialactivity of trimental (CuZnFe) oxide nanoparticles // Int. J. Nanomedicine. 2018. V. 13. P. 77–87.

16. Heng B.C., Zhao X., Xiong S. et al. Toxicity of zinc oxide (ZnO) nanoparticles on human bronchial epithelial ccels (BEAS-2B) is accentuated by oxidative stress // Food Chem. Toxicol. 2010. V. 48. P. 1762–1766.

17. Houari A., Di Martino P. Effect of chlorhexidine and benzalkonium chloride on bacterial biofilm formation // Lett. Appl. Microbiol. 2007. V. 45. P. 65.

18. Oliva Neto P.D., Lima F.A.D., Silva K.C.D., et al. Chemical inhibition of the contaminant Lactobacillus fermentum from distilleries producing fuel bioethanol // Braz. Arch Biol. Tech. 2014. V. 57. P. 441–447.

19. Frolov G., Lyagin I., Senco O. et al. Metal nanoparticles for improving bactericide functionality of usual fibers // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 1724.

20. Lyagin I., Stepanov N., Frolov G., Efremenko E. Combined modification of fiber materials by enzymes and metal nanoparticles for chemical and biological protection // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 1359.

21. Dez-Pescual M.R. Recent progress in antimicrobial nanomaterial // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 2315.