Разработаны физико-химические основы получения антибактериальных покрытий для медико-биологических изделий. В основе получения нанопленок использован метод мультислойной сборки. В качестве полимерных матриц использованы хитозан и карбоксиметилцеллюлоза натрия, а антибактериальным агентом послужил триклозан.
Актуальность исследования. Разработка физикохимических основ получения новых материалов с целенаправленными свойствами является одним из актуальных направлений развития, как фундаментальных знаний, так и решения прикладных задач многих отраслей науки и промышленности.
Полиэлектролитныенанокомпозиты, мультислои, получаемые методом поочередного наслаивания противоположно заряженных полиэлектролитов на определенные дисперсные частицы или твердые носители, представляют собой новое направление быстро развивающейся области — полимерной нанотехнологии [15]. Полученные к настоящему времени научные результаты демонстрируют широкие возможности использования этого метода для создания нового типа модифицированных соединений с определенными физико-химическими характеристиками.
Принцип послойной электростатической адсорбции (Layer- by-LayerElectrostaticSelf-Assembly, LbLESA) позволяет конструировать ультратонкие пленки из широкого класса противоположно заряженных веществ, причем толщина пленки задается числом нанесенных слоев и условиями приготовления. Создание новых микро- и наночастиц в полислоях и пленок с регулируемыми свойствами имеет принципиальное значение для моделирования природных систем в биологии, направленного транспорта лекарств в медицине, создания нового типа имплантатов, а также фотонных кристаллов в оптике и модификации поверхностей уже имеющихся перспективных биоактивных препаратов, что может привести к улучшению их химикобиологических характеристик.
Материалы и методы исследования.В данном сообщении приводятся результаты использования метода мультислойной сборки биосовместимых полиэлектролитов и биоактивных агентов методом layer-by-layer (LbL) [2-3] для получения антибактериальных покрытий медикобиологических имплантатов.Для получения мультислоев были использованы хитозан, несущий на себе положительно заряженные центры и карабоксиметилцеллюлоза натрия с отрицательно зараженными функциональными группами. В качестве антибактериальных агентов были выбраны триклозан, растворы ионов серебра и йода. После получения определенного колличества бислоев на их поверхности и в слои были нанесены антибактериальные агенты. Схема получения мультислоев представлена на рисунке 1.
Полученные по вышеописанной методике полислои были исследованы методом атомно - силовой микроскопии (АСМ), результаты которой приведены на рисунках 2-4.
Результаты и их обсуждение. Анализ полученных результатов указывает на то, что поверхность модифицированных поверхностей мультислоев не однородна, имеются значительные шероховатости, характеризующие наличие на их поверхности адсорбированных частиц. Для подтверждения этих предположений были дополнительно исследованы образцы методом сканирующей микроскопии, (МСМ), результаты которых приведены на рисунке 5.
Результаты,полученные по методу атомно-силовой и сканирующей микроскопии адекватны и указывают на изменение природы поверхности полученных мультислоев после нанесения антибактериальных агентов.
Микробиологические исследования проводились с использованием мультислоев, содержащих активные компоненты: триклозан, нитрат серебра и йод на музейных штамах методом диффузии в агар-агар.
Результаты сравнивали с известным антисептическим препаратом, в состав которого входит йод по 4-х балльной шкале - от 0 до 3. На рисунке 6 представлен один из вариантов микробиологического исследования полученных антибактериальных покрытий для штаммов Е.Соli.
|
Штаммымикроорганизмов |
Е.Соli |
Candida |
Staph |
|
1 (триклозан) |
3,5 мм |
0,3 мм |
3,7 мм |
|
2 (серебра нитрат) |
0,4 |
0,5 мм |
1,8 мм |
|
3 (йод) |
0,8 мм |
0 |
0 |
|
Х (контрольный агент) |
2,4 мм |
0,2 мм |
1,6-3,2 мм |
Таблица 1 - Результаты антибактериальной активности мультислоев, содержащих триклозан, ионы сребра и йод на штаммы некоторых микроаргонизмов
Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что при изучении антибактериальной активности мультислоев, содержащих активные компоненты - (триклозан), нитрат серебра, йод invivo было установлено, что наиболее выраженным, высоким антимикробным действием обладают мультислои, в состав которых входит триклозан. Мультислои, в состав которых входит нитрат серебра, обладает умеренным антимикробным действием. Поверхность с нанесенными ионами йода проявляет антимикробную активность только в отношении E.coli, в отношении других исследуемых микроорганизмов не выявлена антимикробная активность. Результаты проведенных исследований однозначно указывают на потенциальную антимикробную активность мультислоев, содержащих в бислоях и на поверхности таких пленок триклозан.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Bai S., Wang Z., Zhang X. Hydrogen-Bonding-Directed Layer-by-Layer Films: Effect of Electrostatic Interaction on the Microporous Morphology Variation // Langmuir. -2004. -Vol. 20. -P.11828-11832.
- Serizawa T., Kamimura S., Kawanishi N., Akashi M. Layer-by-Layer Assembly of McAloney R.A., Sinyor M., Dudnik V., Cynthia Goh, M.Atomic force microscopy studies of salt effects on polyelectrolyte multilayer film morphologyPoly(vinyl alcohol) and Hydrophobic Polymers Based on Their Physical Adsorption on Surfaces // Langmuir. -2002. -Vol.18. -P. 8381-8385.
- Guyomard A., Muller G., Glinel K. Buildup of Multilayers Based on Amphiphilic Polyelectrolytes // Macromolecules. -2005. -P. 57375742.
- Anil Kumar K.N., Basu Ray S., Nagaraja V., Raichur Ashok M. Encapsulation and release of rifampicin using poly(vinyl pirrolidone) - poly(methacrylic acid) polyelectrolyte capsules// Materials Science and Engineering. - 2009. - V. 29. - P. 2508-2513.
- Hosoda M., Wada T., Yamamoto T., Kaneko A., Garito A. F., Sasabe H. Four cases of low-tension glaucoma with multiple cerebral infarctions // Jpn. J. Appl. Phys. -1992. -Vol.31. -P.42-49.
- Sukhishvili S., Kharlampieva E. Hydrogen-Bonded Layer-by-Layer Films// J. macromolecular science. Polymer Reyews. - 2006. - V. 46. - P. 377-395.
- Mentbayeva A.A., Ospanova A.K., Tashmuhambetova Z.H., Sokolova V.V., Sukhishvili S. Polymer-metal complexes in polyelectrolyte multilayer films as catalysts for oxidation of toluene //Langmuir - 2012. -Vol. 28. -Р. 11948-11955.