Исследование антимикробных свойств конопляных материалов, модифицированных наночастицами меди
Автор: Таусарова Б.Р., Шарипбек А.М.
Журнал: Вестник Алматинского технологического университета @vestnik-atu
Рубрика: Техника и технологии
Статья в выпуске: 3-1 (129), 2020 года.
Бесплатный доступ
Разработаны оптимальные условия обработки конопляных материалов наночастицами меди. Исследованы антибактериальные свойства конопляных материалов модифицированных наночастицами меди. Показано, что коноплянные материалы модифицированные наночастицами меди обладают антибактериальной активностью к бактериям и плесневым грибкам E-Coli, Pennicillium brevi.
Конопляные материалы, модификация, наночастицы меди, антибактериальные свойства
Короткий адрес: https://sciup.org/140256786
IDR: 140256786 | DOI: 10.48184/2304-568X-2020-3/1-5-9
Текст научной статьи 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 30оС 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.
Список литературы Исследование антимикробных свойств конопляных материалов, модифицированных наночастицами меди
- Tamayo L. Azocar M. Kogan.M. Riveros A. Paez.M. Copper-polymer nanocomposites: An excellent and cost-effective biocide for use on antibacterial surfaces.// Materials Science and Engineering: C. 2016. V. 69. P. 1391-1409.
- Kobayashi Y., Yasuda Y., Morita T. Recent advances in the synthesis of copper-based nanoparticles for metalemetal bonding processes. //Journal of Science: Advanced Materials and Devices. 2016. № 1. P. 413-430.
- Hassabo A.G., El-Naggar M.E., Mohamed, A.L., Hebeish A.A. Development of multifunctional modified cotton fabric with tri-component nanoparticles of silver, copper and zinc oxide // Carbohydrate Polymers. 2019. 210 P.144-156.
- Xu Q., Duan P., Zhang Y. et al. Double Protect Copper Nanoparticles Loaded on L-cysteine Modified Cotton Fabric with Durable Antibacterial Properties// Fibers and Polymers. 2018. V.19. P. 2324-2334.
- Hossam E. Emam, Avinash P. Manian et al. Copper(I)oxide surface modified cellulose fibers- Synthesis, characterization and antimicrobial properties // Surface & Coatings Technology. 2014. V. 254. P. 344-351.
- Таусарова Б.Р., Рахимова С.М. Целлюлозные материалы с антибактериальными свойствами, модифицированные наночастицами меди. // Химия растительного сырья. 2018, №1. С. 163-169.
- Taussarova B.R. Shaikhova Zh.E. Antibacterial Characteristics of Cellulose Materials Modified with Copper Nanoparticles. //Fibre Chemistry. 2017. V. 49. №.1. - P.36-39.
- Burkitbay A, Taussarova B. R., Kutzhanova A.Z., Rakhimova S.M. Development of a Polymeric Composition for Antimicrobial Finish of Cotton Fabrics. // Fibers & Textiles in Eastern Europe 2014. V. 22, №. 2(104). P. 96-101.
- Milanovic J., Mihailovic T., Popovic K., Kostic M. Antimicrobial oxidized hemp fibers with incorporated silver particles. J. Serb. Chem. Soc.2012. P. 1759-1773.
- Khan B. A, Warner P., Hao Wang H. Antibacterial Properties of Hemp and Other Natural Fibre Plants: A Review. BioResources.2014. 9(2), P. 3642-3659.