Исследование антимикробных свойств конопляных материалов, модифицированных наночастицами меди

В развитии современных нанотехноло-     прежде всего, широким спектром возмож- гий значительную роль играют исследования     ностей их практического применения, в ко- торых используются специфические свойства как самих наночастиц, так и модифицированных ими материалов. Наночастицы меди в настоящее время представляют значительный интерес и способны заменить более дорогие благородные металлы в наноформе. Это связано с тем, что данные частицы обладают уникальным набором ценных свойств, это выраженная биологическая антимикробная активность, в отношении всех биологических объектов, начиная от вирусных частиц и заканчивая организмом человека. Растущее с каждым годом число работ, посвященных изучению антивирусной и антибактериальной активности наночастиц меди, доказывает наличие повышенного интереса исследователей к этой проблеме как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения [1-2]. Одну из лидирующих позиций в этом направлении занимает антимикробная отделка текстильных материалов наночастицами меди [3-8]. Потребительский спрос на одежду и текстильные изделия с повышенными гигиеническими свойствами с каждым годом увеличивается. Текстильные материалы с антимикробными свойствами используются для изготовления одежды, белья, перевязочных средств, санитарно-гигиенических изделий, эффективны в качестве защитных средств против инфекций. При разработке новых антимикробных препаратов необходимо учитывать ряд критериев: препарат должен быть эффективен против широкого спектра действий бактерий и грибов и в то же время быть нетоксичным для организма, не вызывать аллергию или раздражение. Кроме того, микроорганизмы в присутствии некоторых про-тивомикробных агентов могут стать устойчивыми, и появление бактерий с множественной лекарственной устойчивостью увеличивается, что является одной из самых больших проблем, с которыми приходится сталкиваться. Применение наночастиц меди для модификации текстильных материалов постоянно расширяется за счет их высоких бактерицидных свойств. В настоящее время проводиться исследования по применению и модификации конопляных материалов наночастицами серебра [9-10]. Ткани из конопли очень прочные, мягкие и долговечные, при постоянном использовании удивительные свойства конопляной ткани даже усиливаются. Стойкость материала поддерживается особой структурой волокон конопли: устой- чивость к внешним воздействиям, ткань не деформируется и не портится при стирке при температуре 90 градусов, не теряет форму в процессе носки.

Целью настоящей работы является синтез наночастиц меди, и параметров модификации конопляных материалов для придания антибактериальных свойств.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования в работе явилось отбеленная, не аппретированная, конопляная ткань артикул- Hp280-Ln. Плотность 160г/м2

Сульфат меди (медь сернокислая) — неорганическое соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO 4 . Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде, молярная масса 159,60 г/моль; плотность 3,64 г/см³. Обладает дезинфицирующими, антисептическими, вяжущими свойствами. Применяется в медицине, в растениеводстве как антисептик, фунгицид или медно-серное удобрение.

Глюкоза (C 6 H 12 O 6 ), является моносахаридом, проявляет восстановительные свойства. Молярная масса 180.16г/моль; плотность 1.60 г/см³; температура плавления: 146°С. Бесцветное кристаллическое вещество без запаха. Обладает сладким вкусом, растворимо в воде.

Поливиниловый спирт (ПВС) твердый полимер белого цвета, без вкуса и запаха; нетоксичен, содержит микрокристаллические образования, водорастворимый, термопластичный полимер. ПВС хорошо растворим в воде, в диметилформамиде и многоатомных спиртах; устойчив к действию масел, жиров, алифатических и ароматических углеводородов, плотность-1,19 - 1,31 г/см³, температура плавления 220- 230°C, температура разложения - 230 °C, температура стеклования 85 °C.

Антимикробные свойства конопляных материалов проверяли с применением метода лабораторных испытаний на устойчивость к микробиологическому разрушению ГОСТ 9.060-75. Испытания ткани на грибоустойчи-вость проводили следующим образом. Образцы исходной ткани и ткани с антимикробным отделкой обрабатывали суспензией грибов ( E-Coli , Pennicillium ) и помещали в чашки Петри, которые в свою очередь были помещены в эксикатор с водой для создания необходимой влажности. Инкубацию проводили при температуре 30^оС в течение 42 часов.

Перед испытаниями были проведены высевы тест-культур на свежую среду Чапека для определения их жизнеспособности.

Результаты и их обсуждение

Синтез наночастиц меди проводился путем восстановления водного раствора сульфата меди. В качестве восстановителя использовали глюкозу. Полученные растворы обрабатывали в микроволновой печи в тече- ние 10 минут при мощности 700 Вт. Микроволновое излучение обеспечивает быстрое и равномерное нагревание всего объема реакционного раствора, что приводит к однородности и к получению наночастиц наименьшего размера и одинаковой формы. Для определения оптимальных концентраций исходных компонентов проведены серии опытов (табл.1).

Таблица 1. Концентрации исходных компонентов

Номер образца	Концентрация, г/л
	CuSO 4	C 6 H 12 O 6	ПВС
1	0.01	0.01	0.01
2	0.1	0.02	0.1
3	0.2	0.04	0.2
4	0.3	0.07	0.3

Образцы конопляных материалов размером 200×200 мм пропитывали водным раствором наночастиц с меди с различными концентрациями в течение 30 мин при температуре 30°С. После ткань отжимают до привеса 90%, сушат при температуре 85°С в течение 8 мин и термообработка при температуре 100°С в течении 2 мин с последующей промывкой в большом количестве дистиллированной воды и высушивали при комнатной температуре.

Для выяснения эффективности антимикробной отделки для текстильных изделий были проведены микробиологические исследования к воздействию бактерий и плесневых грибков Pennicillium brevi (рис.1), E-Coli (рис.2). Диаметр зоны ингибирования отражает величину восприимчивости микроорганизмов. Результаты, представленные в табл.2 показывают зону ингибирования измерения роста микроорганизмов (в миллиметрах). Как видно с увеличением концентрации наночастиц в обработанных образцах зона ингибирования плесневых грибков Pennicillium brevi, E-Coli возрастает.

в                                г

Рис. 1. Рост грибов Pennicillium на образцах ткани: контрольный образец (а) обработанный разными концентрациями наночастиц меди: б) 0.01 г/л; в) 0,10 г/л; г) 0,3 г/л.

а

б

в

г

Рис. 2. Рост грибов E-Coli на образцах ткани: контрольный образец (а) обработанный разными концентрациями наночастиц меди: б) 0.01 г/л; в) 0,10 г/л; г) 0,3 г/л.

Таблица 2. Результаты микробиологического анализа

№ образца	Концентрация моль/л	Средние значения зон ингибирования по отношению к штаммам E-Coli , мм
Контрольный образец		Зона просветления отсутствует
1	0.01	Зона просветления отсутствует
2	0.1	0.1-0.2
3	0.2	0.1-0.2
4	0.3	0.2-0.4

Выводы

• 1.    Разработаны оптимальные условия обработки конопляных материалов наночастицами меди;

• 2.    установлено, что обработка подобранным составом придает антимикробные свойства обработанной ткани, улучшает показатели физико-механических характеристик.