проведено дослідження адсорбційної і поглинальної здатності сорбційної матеріалу на основі полімерної мікроволокнистого матриці з іммобілізованими частинками оксігідроксіда алюмінію. Отримано дані про ефективність адсорбції різних видів мікроорганізмів E.coli, St.aureus, P.aeruginosa. Встановлено, що поглинальна і адсорбційна здатність оксігідроксіда алюмінію визначаються його об'ємною щільністю і вмістом матеріалу в полімерній матриці. Закріплення мікроорганізмів на поверхні сорбційної матеріалу обумовлено адсорбцією мікроорганізмів і їх фізико "хімічною адгезією на частинках оксігідроксіда алюмінію.

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Сєрова А. Н., Пехенько В. Г., Тихонова І. Н., Глазкова Є. А., Бакина О. В.


ADSORPTION AND ABSORPTION CAPACITY OF THE SORPTION MATERIAL CONTAINING NANOSTRUCTURED ALUMINUM OXYHYDROXIDE

The absorption and adsorption capacity of the sorption materials containing aluminum oxyhydroxides immobilized on the polymer microfibers was investigated. The study showed effective adsorption of different types of microorganisms (E.coli, St.aureus, and P.aeruginosa) on the samples of sorption materials. Data suggested that the absorption and adsorption capacity of the samples depended on the volumetric density of aluminum oxyhydroxide and content of material in the polymer matrix. Microorganism fixation at the surface of sorption material was caused by adsorption and physicochemical adhesion of microorganisms to the aluminum oxyhydroxide particles.


Область наук:
  • промислові біотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2012
    Журнал: Сибірський медичний журнал (Томськ)
    Наукова стаття на тему 'Адсорбційна і поглинальна здатність сорбційної матеріалу, що включає наноструктурний оксігідроксід алюмінію'

    Текст наукової роботи на тему «Адсорбційна і поглинальна здатність сорбційної матеріалу, що включає наноструктурний оксігідроксід алюмінію»

    ?УДК 579; 544.723.21

    Адсорбційних і поглинальна здатність сорбційних матеріал, що включає наноструктурних ОКСІГІДРОКСІД АЛЮМІНІЮ

    А.Н. Серова1, В.Г. Пехенько2, І.М. Тіхонова1, Е.А. Глазкова1, О.В. Бакіна1, М.І. Лернер1, С.Г. Псахье1

    1 Інститут фізики міцності і матеріалознавства СО РАН, Томськ 2ГБОУ ВПО "Сибірський державний медичний університет" Міністерства охорони здоров'я Росії, Томськ

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    ADSORPTION AND ABSORPTION CAPACITY OF THE SORPTION MATERIAL CONTAINING NANOSTRUCTURED ALUMINUM OXYHYDROXIDE

    A.N. Serova1, V.G. Pehenko2, I.N. Tikhonova 1, E.A. Glazkova1, O.V. Bakina1, M.I. Lerner1, S.G. Psakhie1

    Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tomsk

    2Siberian State Medical University, Tomsk

    Проведено дослідження адсорбційної та поглинальної здатності сорбційної матеріалу на основі полімерної мікроволокнистого матриці з іммобілізованими частинками оксігідроксіда алюмінію. Отримано дані про ефективність адсорбції різних видів мікроорганізмів - E.coli, St.aureus, P.aeruginosa. Встановлено, що поглинальна і адсорбційна здатність оксігідроксіда алюмінію визначаються його об'ємною щільністю і вмістом матеріалу в полімерній матриці. Закріплення мікроорганізмів на поверхні сорбційної матеріалу обумовлено адсорбцією мікроорганізмів і їх фізико-хімічною адгезією на частинках оксігідроксіда алюмінію.

    Ключові слова: сорбційний матеріал, оксігідроксід алюмінію, адсорбційна і поглинальна здатність.

    The absorption and adsorption capacity of the sorption materials containing aluminum oxyhydroxides immobilized on the polymer microfibers was investigated. The study showed effective adsorption of different types of microorganisms (E.coli, St.aureus, and P.aeruginosa) on the samples of sorption materials. Data suggested that the absorption and adsorption capacity of the samples depended on the volumetric density of aluminum oxyhydroxide and content of material in the polymer matrix. Microorganism fixation at the surface of sorption material was caused by adsorption and physicochemical adhesion of microorganisms to the aluminum oxyhydroxide particles.

    Key words: sorption material, aluminum oxyhydroxide, adsorption and absorption capacity.

    Вступ

    У зв'язку з широким розповсюдженням лекарственноустойчівих форм бактерій перспективним науково-практичним напрямком лікування інфікованих ран є створення і впровадження в медичну практику сорбційно-активних перев'язувальних матеріалів [1]. Дія застосовуваних перев'язувальних засобів повинно відповідати особливостям фази раневого процесу. У першій фазі необхідно забезпечити антимікробну, неполітичний, сорбують, знеболюючу і захисну дію, у другій і третій фазах слід створити умови для оптимального перебігу репаративних процесів [2]. У зв'язку з цим приємним перев'язувальні засоби повинні активно сорбувати ранові вміст, запобігати повторне інфікування рани, створювати оптимальний вологісний режим в рані і сприяти активній регенерації тканин. Для підвищення сорбції мікроорганізмів перев'язувальні матеріали можуть містити ТЮ2, БЮ2, А1203, вуглецеві матеріали та ін. [10, 12].

    Одним з перспективних напрямків є створення нових сорбційних матеріалів і ранозажівля-

    чих пов'язок, які в якості активної фази включають електропозитивні високопористі частки оксігідроксіда алюмінію для поглинання біологічних рідин, адсорбції і інактивації патогенних мікроорганізмів [10].

    Мета роботи: вивчення адсорбційної і поглинальної здатності сорбційної матеріалу на основі мікроволокнистого полімерної матриці з іммобілізованими частинками оксігідроксіда алюмінію.

    Матеріал і методи

    Як об'єкти дослідження використовували зразки оксігідроксіда алюмінію (ОДА), полімерної мікроволокнистого матриці (ПММ) і сорбційної матеріалу (СМ) [6]. Останній являє собою полімерну мікроволокнистого матрицю з іммобілізованими частинками оксігідроксіда алюмінію (рис. 1). Дослідження морфології сорбційної матеріалу проводили методом скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) за допомогою растрового електронного мікроскопа LEO EVO 50.

    Раніше було показано, що ефективність адсорбції

    мікроорганізмів сорбційними матеріалом залежить від знака і величини дзета-потенціалу частинок оксігідрок-сіда алюмінію [6, 8]. Оскільки мікроорганізми мають в основному негативний заряд в воді, на сорбционном матеріалі з позитивним зарядом поверхні відбувається адсорбція, в тому числі і по електрокінеті-зації механізму.

    У дослідженні використовували такі тест-культури мікроорганізмів: E. coli 7935 - короткі (довжина 1-3 мкм, ширина 0,5-0,8 мкм) поліморфні рухомі і нерухомі грамнегативні палички; St. aureus 209 - грампозитивні кулясті клітини діаметром 0,5-1,5 мкм; P. aeruginosa 27583 - грамотріцатель-ва пряма паличка довжиною 1-3 мкм і шириною 0,5-

    0,7 мкм.

    Визначення адсорбційної активності оксігідрок-сіда алюмінію, полімерної мікроволокнистого матриці і сорбційної матеріалу по відношенню до вказаних культурам мікроорганізмів проводили в статичних умовах, взявши за основу метод Є.В. Діановій і А.А. Ворошилова [3]. Для цього зразки сорбційної матеріалу поміщали в стерильні колби і додавали 30 мл бактеріальної суспензії з концентрацією 1,0х103 КУО / мл. Колби періодично струшували на орбітальному шейкері (PSU - 20i) для інтенсифікації процесу сорбції. Далі проби центрифугували протягом 3 хв при швидкості обертання 1300 об. / Хв і здійснювали посів 1 мл надосадової рідини на МПА. Посіви інкубували в термостаті при температурі 37 ± 1 ° С протягом 24 год, далі підраховували колонії. Таким же методом проводили адсорбцію мікроорганізмів на зразках полімерної мікроволокнистого матриці і оксігід-роксіда алюмінію, при тому ж співвідношенні компонентів. Адсорбцію мікроорганізмів на зразках оксігід-роксіда алюмінію, на відміну від волокнистих матеріалів, здійснювали при постійному перемішуванні суспензії протягом 30 хв на магнітній мішалці зі швидкістю 500 об. / Хв.

    Крім того, вивчення адсорбції мікроорганізмів зразками досліджуваного матеріалу виконували in vitro

    методом "Antibacterial Finishes on Textile Materials: Assessment of" AATCC тест метод 100-2004 [11]. Дослідження проводили на зразках сорбційної матеріалу з різним вмістом оксігідроксіда алюмінію. В якості контролю використовували стерильну марлю. На тестовані і контрольні зразки діаметром 47 мм наносили культури мікроорганізмів. Після інкубації зразків бактерії елюювали при струшуванні зі 100 мл фізіологічного розчину. Потім визначали кількість бактерій, присутніх в рідині і розраховували ефективність адсорбції мікроорганізмів.

    Дослідження адсорбційної і поглинальної здатності зразків СМ виконували на модельних рідинах: фізіологічному розчині, донорської крові та крові, зараженої St. aureus [9, 4]. Донорську кров заражали St. aureus, щоб його концентрація склала 1,0х103 КУО / мл і витримували в термостаті протягом 24 годин при температурі 37 ± 1 ° С. Зразки досліджуваних матеріалів масою 0,40 г витримували в модельних рідинах в співвідношенні 1: 100 при кімнатній температурі (22 ± 2 ° C) протягом 0,5; 1; 3 ч. Після досягнення певного часу контакту зразки матеріалу витягували. Протягом 10 з давали стекти залишкової рідини, зразки зважували, а потім центрифугували протягом 30 хв при 3000 об. / Хв. За різницею маси зразків розраховували поглинальну і адсорбційну здатність матеріалу [4, 9]. Поверхнева щільність всіх досліджуваних зразків становила 0,04 ± 0,01 г / см2.

    Статистична обробка результатів здійснювалася з застосуванням пакета статистичних програм STATISTICA for Windows (версія 5.0) з попередньою оцінкою нормальності розподілу і використанням t-критерію Стьюдента.

    Результати та обговорення

    Для дослідження адсорбційної здатності зразків використовували штами мікроорганізмів E. coli 7935, St. aureus 209, P- aeruginosa 27583 як найбільш часто зустрічаються представників мікрофлори інфікований-

    Мал. 1. СЕМ-зображення: а - сорбційної матеріалу; б - оксігідроксіда алюмінію (1), іммобілізованого на полімерному мікроволокна (2)

    них ран. Результати проведеного дослідження показали, що мікроорганізми сорбуються з різним ступенем ефективності (табл. 1).

    Високодисперсний порошок оксігідроксіда алюмінію і сорбційний матеріал показали близькі величини адсорбції з досліджуваних мікроорганізмів, оскільки мікроорганізми адсорбуються в основному на частинках оксігідроксіда алюмінію [7], а за умовами експерименту зразки ОДА і РМ містять однакову кількість активної фази. Низька ефективність адсорбції мікроорганізмів полімерною матрицею пояснюється тим, що зниження концентрації мікроорганізмів відбувається тільки за рахунок поглинання і утримання рідини, що містить мікроорганізми в міжволоконній-ном поровом просторі. Таким чином, ефективність утримання мікроорганізмів сорбційними матеріалом визначається адсорбцією бактерій оксігідрок-сідом алюмінію і поглинанням бактеріальної суспензії волокнистої полімерною матрицею.

    Дослідження впливу вмісту оксігідроксіда алюмінію (ОДА) на адсорбцію тестованих мікроорганізмів сорбційними матеріалом показало, що зі збільшенням вмісту активної фази ОДА, при повному поглинанні бактеріальної суспензії, ефективність утримання мікроорганізмів зростала (табл. 2). Незважаючи на різну морфологію мікроорганізмів, ефективність адсорбції досягала 98-99% при однаковому змісті активної фази [7].

    Дослідження адсорбційної і поглинальної здатності сорбційної матеріалу проводили на фізіологічному розчині і моделі ранового ексудату - донорської крові, яка відрізняється більш високою в'язкістю і являє собою складний комплекс різних біологічних компонентів (табл. 3, 4).

    Результати проведених досліджень показали що, зі збільшенням об'ємної щільності зразків сорбційної матеріалу знижується його поглинальна здатність в зв'язку зі зменшенням міжволоконній порового

    Таблиця 1

    Ефективність адсорбції мікроорганізмів сорбційними матеріалом і його компонентами

    Зразки Вологопоглинання, г / г Ефективність утримання мікроорганізмів,%

    E. coli (n = 11) St. aureus (n = 6) P. aeruginosa (n = 14)

    ОДА 1,8 + 0,2 86,8 + 0,24 92,9 + 0,22 7В, 6 + 0,39

    ПММ 22,0 + 3,0 3В, 2 + 0,23 29,2 + 0,47 37, В + 0, В9

    СМ 12,0 + 2,0 83,9 + 0,11 83,9 + 0,2 В 79,6 + 0,36

    Таблиця 2

    Вплив змісту ОДА в сорбционном матеріалі на ефективність адсорбції мікроорганізмів

    Зразок Найменування культури Вміст ОДА,% Ефективність адсорбції,%

    1 E.coli 793В 35 + 1,8 99,50 + 0,01

    2 30 + 2,4 98,90 + 0,05

    3 St.aureus 209 33 + 2,8 97,17 + 0,18

    4 17 + 2,5 92,67 + 0,41

    У P.aeruginosa 27В83 32 + 2,5 98,25 + 0,11

    6 27 + 2,7 96,68 + 0,11

    Таблиця 3

    Поглинальна здатність сорбційної матеріалу

    № Об'ємна Час експозиції, ч

    щільність, г / см3 Донорська кров, г / г Донорська кров зі St. aureus, г / г Фізіологічний розчин, г / г

    0,5 1 3 0,5 1 3 0,5

    1 0,058 18,98 + 0,11 19,87 + 0,06 18,72 + 0,08 12,26 + 0,01 13,74 + 0,03 13,14 + 0,05 16,93 + 0, 02

    2 0,118 12,79 + 0,05 11,75 + 0,03 12,31 + 0,01 10,89 + 0,14 11,31 + 0,04 11,18 + 0,03 9,88 + 0, 02

    3 0,138 11,97 + 0,04 13,05 + 0,04 11,20 + 0,05 8,71 + 0,01 9,44 + 0,06 10,34 + 0,05 10,15 + 0, 03

    Таблиця 4

    Адсорбційна здатність матеріалу

    № Об'ємна Час експозиції, ч

    щільність, г / см3 Донорська кров, г / г Донорська кров зі St. aureus, г / г Фізіологічний розчин, г / г

    0,5 1 3 0,5 1 3 0,5

    1 0,058 + 0,02 8,03 + 0,05 8,20 + 0,02 8,16 + 0,05 6,26 + 0,03 6,64 + 0,02 6,12 + 0,02 6, 06 + 0,01

    2 0,118 + 0,01 7,77 + 0,02 7,03 + 0,03 7,70 + 0,04 6,71 + 0,02 6,59 + 0,01 6,39 + 0,02 5, 49 + 0,02

    3 0,138 + 0,01 6,41 + 0,01 7,79 + 0,02 6,98 + 0,03 6,59 + 0,02 6,02 + 0,02 5,52 + 0,01 5, 42 + 0,02

    простору. Крім того, на поглинальну здатність впливає склад модельної рідини. Поглинання крові сорбційними матеріалом складається з вбирання і утримання окремих її компонентів - білків і формених елементів крові. Поглинальна здатність всіх досліджуваних зразків на крові, зараженої St aureus, знижується. Ймовірно, це пов'язано з підвищенням в'язкості крові внаслідок виділення мікроорганізмами ферментів коагулирования, що ускладнює проникнення компонентів в межволоконное простір.

    Адсорбційна здатність в меншій мірі залежить від об'ємної щільності сорбційної матеріалу (табл. 4), і визначається в основному складом модельної рідини. Кров складається з рідкої частини - плазми і зважених в ній еритроцитів, лейкоцитів і тромбоцитів, тому, найімовірніше, з крові адсорбуються білки і формені елементи. Отже, величина адсорбції компонентів крові вище в порівнянні з фізіологічним розчином.

    Слід зазначити, що, крім фізичної адсорбції на частинках оксігідроксіда алюмінію [8] мікроорганізми використовують для адгезії на різних субстратах додаткові механізми фіксації (Тейх-ші кислоти, фимбрии, білки зовнішньої мембрани і ін.) [5]. Можливо, в утримуванні мікроорганізмів на частинках оксігідроксіда алюмінію бере участь гли-кокалікс, що представляє полісахаридні волокна клітинної стінки бактерії, основна функція якого -адгезія до різних субстратів. Комплекс адсорбирующих пристосувань дозволяє мікроорганізмам досить міцно фіксуватися на різних поверхнях. Отримані дані свідчать про необхідність подальшого дослідження механізмів адсорбції мікроорганізмів з урахуванням природи їх взаємодії з оксігідроксідом алюмінію.

    Таким чином, досліджений сорбційний матеріал на основі полімерної мікроволокнистого матриці з іммобілізованими частинками оксігідроксіда алюмінію може бути рекомендований як перев'язувального матеріалу для поглинання і адсорбції мікроорганізмів на поверхні рани.

    висновки

    1. Сорбційні матеріали на основі полімерної мік-роволокністой матриці з іммобілізованими частинками оксігідроксіда алюмінію з високою ефективністю сорбують мікроорганізми різної морфології - E. coli, St. aureus і P. aeruginosa.

    2. Адсорбційна здатність матеріалу визначається вмістом оксігідроксіда на волокнах полімерної матриці. Зі збільшенням вмісту ОДА ефективність утримування мікроорганізмів на сорбционном матеріалі зростає.

    3. Поглинювальна здатність матеріалу визначається його об'ємною щільністю і властивостями поглинається рідини. Зі зменшенням об'ємної щільності підвищується поглинальна здатність сорбційної матеріалу. Збільшення в'язкості модельної рідини призводить до зниження поглинаючої спосіб-

    ності.

    Робота виконана за фінансової підтримки ГК № 14.527.12.0001 і Програми V373.

    література

    1. Абаєв Ю.К., Лугин В.Г., Капуцкій В.Є. та ін. Сорбційні властивості перев'язувальних матеріалів // Медичний журнал: науково-практичний журнал, що рецензується. - 2008.

    - № 2. - С. 19-21.

    2. Абаєв Ю.К. Хірургічна пов'язка. - Мінськ: Білорусь, 2005.

    - 150 з.

    3. Ворошилова А.А., Діанова Є.В. Окислюють нафту бактерії показники інтенсивності біологічного окислення нафти в природних умовах // Мікробіологія. - 1952. -Т. 21, вип. 4. - С. 408-415.

    4. ГОСТ 5556 "81. Вата медична гігроскопічна. Технічні умови. [Електронний ресурс]. - URL: http: // www.internet-law.ru/gosts/gost/13732/ (дата звернення: 19.03.2012, сайт" Інтернет і Право ").

    5. Коваленко Г.А, Пермінова Л.В., Чуєнко Т.В. та ін. углеродсодержащими макроструктурірованние керамічні носії для адсорбційної іммобілізації ферментів і мікроорганізмів // Біотехнологія. - 2006. - № 1. - С. 102113.

    6. Лернер М.І, Бакина О.В., Глазкова Е.А. та ін. Високопродуктивний фільтр для очищення води від колоїдних і мікробіологічних забруднень // Екологія і промисловість. - Вересень 2010. - С. 4-7.

    7. Лернер М.І., Бакина О.В., Глазкова Е.А. та ін. Адсорбція мікроорганізмів і бактеріального ендотоксину на модифікованих полімерних волокнах // Перспективні матеріали. - 2011. - № 3. - С. 53-59.

    8. Ложкомоев А.С. Роль дзета-потенціалу оксогідроксіда алюмінію при адсорбції бактеріофага MS2 // Перспективні матеріали. - 2009. - № 1. - С. 39-42.

    9. мішарей О.С., Абаєв Ю.К., Капуцкій В.Є. Препарати моно-карбоксілцеллюлози в гнійної хірургії // Хірургія. -1988. - № 4. - С. 50-53.

    10. Нетканий матеріал медичного призначення, що володіє ранозагоювальної, антибактеріальної та противірусної активністю, і перев'язувальний засіб на його основі: пат. 2397781 Рос. Федерація. - № 2009112734/15; заявл. 06.04.2009; опубл. 27.08.2010, Бюл. № 24.

    11. Antibacterial finishes on textile materials: assessment of developed from American association of textile chemists and colorists // AATCC Technical Manual. - 2006. - P. 149-151.

    12. Rui Jin, Kesen Zhao, Jun Liu et al. Medical non-woven fabrics containing inorganic oxides complex powder: pat. 5795836 US. - № 08/907431; 08/18/1998.

    надійшла 28.03.2012

    Відомості про авторів

    Сєрова Алла Миколаївна, інженер ІФПМ СО РАН. Адреса: 634021, м Томськ, пр. Академічний, 2/4. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Пехенько Володимир Григорович, к.м.н., доцент кафедри мікробіології ГБОУ ВПО "СібГМУ" МОЗ-соцрозвитку Росії.

    Адреса: 634050, м Томськ, Московський тракт, 2.

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Тихонова Ірина Миколаївна, вед. технолог ІФПМ СО РАН.

    Адреса: 634021, м Томськ, пр. Академічний, 2/4. Глазкова Олена Олексіївна, к.х.н., с.н.с. ІФПМ СО РАН.

    Адреса: 634021, м Томськ, пр. Академічний, 2/4. Бакина Ольга Володимирівна, інженер ІФПМ СО РАН.

    Адреса: 634021, м Томськ, пр. Академічний, 2/4. Лернер Марат Ізраільевіч, докт. тех. наук, зав. лаб.

    ІФПМ СО РАН.

    Адреса: 634021, м Томськ, пр. Академічний, 2/4. Псів Сергій Григорович, чл.-кор. РАН, директор ІФПМ СО РАН.

    Адреса: 634021, Томськ, пр. Академічний, 2/4.


    Ключові слова: сорбційних МАТЕРІАЛ / ОКСІГІДРОКСІД АЛЮМІНІЮ / Адсорбційних і поглинальна здатність / SORPTION MATERIAL / ALUMINUM OXYHYDROXIDE / ADSORPTION AND ABSORPTION CAPACITY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити