Исследование бактерицидных свойств нанопокрытий на основе диоксида титана Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

УДК 621.762

ИССЛЕДОВАНИЕ БАКТЕРИЦИДНЫХ СВОЙСТВ НАНОПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА

ТИТАНА

И.С. Алексеев, Н.И. Миклис, С.С. Клименков

Загрязнение окружающей среды является самой большой проблемой в настоящее время и будет являться проблемой в ближайшем будущем.

В последнее время получает все более широкое распространение использование нанопокрытий и нанопорошков диоксида титана (ТЮ2) для фотокаталитического разложения вредных органических примесей в воде и воздухе, а также уничтожения широкой гаммы вредных бактерий и вирусов [1].

Термин фотокатализ появился в середине 20-х годов при исследовании фотохимических свойств ZnЮ. Также были исследованы фотокаталитические свойства ТЮ2 [2].

За эти годы полупроводники с фотокаталитическими свойствами были полностью или частично исследованы, включая ТЮ2 (3.2еУ), SrTiOз (3.4еУ), Ге203 (2.2еУ), Сй (2.5еУ), №3 (2.8еУ), ZnS (З.беУ), ¥еТЮ3 (2.8еУ), ZrO2 (5еУ), У205 (2.8еУ), ШЬ2О5 (3.4еУ), 8п02 (3.5еУ), так же, как и многие другие [3, 4, 5].

Из всех известных полупроводников, обладающих фотокаталитической активностью, наиболее перспективным является диоксид титана ТЮ2 , так как ТЮ2 является наиболее распространенным веществом, нетоксичным, с большой площадью удельной поверхности, низкой ценой, высокой химической и фотохимической стойкостью, высокой фотокаталитической активностью.

Возможно образование трех модификаций кристаллической решетки диоксида титана (анатаз, рутил, брукит). Тип кристаллической решетки зависит от технологических параметров процесса получения диоксида титана. От типа решетки, а также от наличия посторонних атомов в кристаллической решетке зависит фотокаталитическая активность. Диоксид титана имеет ширину запрещенной зоны

3,2 эВ, что соответствует поглощению длины волны X < 390 нм.

Объектом исследования являются фотокаталитические нанопокрытия.

Цель работы - исследование бактерицидных свойств нанопокрытий ТЮ2 с фотокаталитическими свойствами.

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Для исследования фотокаталитической очистки воздуха от токсичных соединений разработана экспериментальная установка.

На рисунке 1 представлена экспериментальная установка для исследования фотокаталитической очистки воздуха от бактерий.

2. Место проведения испытаний: научная лаборатория кафедры общей гигиены (объемом 50 м куб. при закрытых окнах и двери, наличии аэрации в присутствии 1 человека персонала) УО «Витебский государственный медицинский университет».

3. Использованные материалы:

3.1. Опытные образцы стекол с нанопокрытием из диоксида титана.

3.2. Герметичная камера из оргстекла объемом 0,025 м .

3.3. Ультрафиолетовая лампа (УФ лампа) мощностью 10 Вт.

3.4. Среды бактериологические: среда для контроля стерильности.

3.5. Стандартные тест-культуры микроорганизмов Е.соН АТСС 25922, S.aureus АТСС 25923, Р.аеше^а АТСС 27853, С.аШюам АТСС 10231, Р.тп-аЫЬ АТСС 14153,

9 3

стандартизованные до 10 КОЕ/см .

3.6. Контрольные стекла.

J

Рисунок 1 - Экспериментальная установка для исследования фотокаталитической очистки воздуха от бактерий: 1 - лампа УФ излучения; 2 - стекло из метилметакрилата; 3 -стеклянный бокс; 4 - стекло с покрытием ТЮ2

4. Исследования проводились согласно инструкции 4.2.10 - 22 - 1 - 2006 «Методы микробиологического контроля санитарно-гигиенического состояния помещений в организациях здравоохранения и стерильности изделий медицинского назначения».

5. Цель исследования: определить антимикробную эффективность образцов с

нанопокрытием из диоксида титана.

6. Исследуемый материал - покрытия ТЮ2.

7. Оборудование и средства измерений, применяемые при проведении испытаний, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Применяемое оборудование

Наименование оборудования Зав. № Дата очередной проверки (аттестации)

Термостат тип ТС-80М 7197 02.05.2014

8. Проводили эксперимент на рабочем столе на расстоянии 3 м от окна без предварительного облучения стекол УФ лампой (опыт № 1); на подоконнике без предварительного облучения стекол УФ лампой (опыт № 2); на рабочем столе на расстоянии 3 м от окна с предварительным облучением стекол УФ лампой в течение 1 ч в герметичной камере (опыт № 3); на рабочем столе на расстоянии 3 м от окна с предварительным облучением стекол УФ лампой в течение 3 ч в герметичной камере (опыт № 4); при облучении стекол УФ лампой в течение всего эксперимента в герметичной камере (опыт № 5); при облучении УФ лампой в течение всего эксперимента камеры из оргстекла со стеклянным экраном перед экспериментальными поверхностями (опыт № 6); на рабочем столе на расстоянии 3 м от окна (перед стеклами установлен вентилятор, работающий в течение всего эксперимента) с предварительным облучением стекол УФ лампой в течение 3 ч в герметичной камере (опыт № 7); при облучении стекол УФ лампой в течение всего эксперимента в герметичной камере (перед стеклами установлен вентилятор, работающий в течение всего эксперимента) (опыт № 8).

Параллельно с экспериментальными поверхностями изучали антимикробную активность опытных стекол.

8.1. Взятие смывов производили марлевыми салфетками размером 5*5 см, простерилизованными в бумажных пакетах. Для увлажнения салфеток в пробирки наливали по 5 см физиологического раствора. Салфетку захватывали стерильным пинцетом, увлажняли физиологическим раствором, после протирания исследуемой поверхности помещали в пробирку.

8.2. Для выделения микроорганизмов делали посев смывной жидкости непосредственно на чашки Петри со средой для контроля стерильности по 1 см3. Засеянные среды инкубировали в термостате при (37+1) 0С в течение 48 часов.

8.3. Производили подсчет выросших колоний бактерий.

9. Результаты исследования опытов 1 - 6 представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание микроорганизмов на опытных стеклах_________________

Опыт

Микроор-

Экспозиция

ганизмы До экспе- риме- нта 0,5 ч 1 ч 2 ч 2,5 ч 3,5 ч 8 ч 24 ч

№ 1 Е.соїі + + + + + + + +

Ъ.аигеш + + + + + + + +

P.aeruginosa + + + + + + + +

Є.аїЬісат + + + + + + + +

P.mirabilis + + + + + + + +

№ 2 Е.соїі + + + + + + + +

Б.аигеи + + + + + + + +

P.aeruginosa + + + + + + + +

Є.аїЬісат + + + + + + + +

P.miraЬilis + + + + + + + +

№ 3 Е.соїі + + + + + + + +

Бмшєш + + + + + + + +

P.aeruginosa + + + + + + + +

Є.аШсат + + + + + + + +

P.miraЬilis + + + + + + + +

№ 4 Е.соїі + + 2*103 20 - - -

Бмшєш + + 2*104 100 - - -

P.aeruginosa + + + 2*102 - - -

Є.аїЬісат + + + 100 - - -

P.miraЬilis + + + 2*103 - - -

№ 5 Е.^їі + - - - - - - -

Бмшєш + - - - - - - -

P.aeruginosa + - - - - - - -

Є.аїЬісат + - - - - - - -

P.miraЬilis + - - - - - - -

№ 6 Е.^їі + + - - - - - -

Бмшєш + + - - - - - -

P.aeruginosa + + - - - - - -

Є.аїЬісат + + - - - - - -

P.miraЬilis + + - - - - - -

№ 7 Е.^їі + - - - - - -

Бмшєш + - - - - - -

P.aeruginosa + - - - - - -

Є.аїЬісат + - - - - - -

P.miraЬilis + - - - - - -

№ 8 Е.^їі + - - - - - -

Бмшєш + - - - - - -

P.aeruginosa + - - - - - -

Є.аїЬісат + - - - - - -

P.miraЬilis + - - - - - -

Примечание: «+» — сплошной рост; «-» — отсутствие роста.

9.1. В контроле без облучения УФ лампой и с предварительным облучением УФ лампой в течение всего эксперимента на обычных стеклах наблюдался сплошной рост всех микроорганизмов.

9.2. В контроле при облучении УФ лампой обычных стекол наблюдалось подавление роста всех микроорганизмов до единичных колоний.

10. ВЫВОДЫ

10.1. При предварительном 3-часовом облучении опытных поверхностей в течение 3 часов после экспозиции через 0,5, 1 и 2 часа отмечен рост всех музейных штаммов микроорганизмов, а спустя 3 ч после экспозиции - отсутствие роста.

10.2. При предварительном 3-часовом облучении опытных поверхностей в течение 3 часов и движении воздуха от вентилятора после экспозиции через 0,5, 1, 2, 2,5, 3,5 и 8 ч выявлено отсутствие роста всех тест-культур микроорганизмов.

10.3. При непрерывном облучении УФ лампой в течение 0,5, 1, 2, 2,5, 3,5, 8 и 24 ч опытных поверхностей с нанопокрытием из диоксида титана наблюдалось отсутствие роста всех исследуемых тест-культур микроорганизмов.

10.4. При непрерывном облучении УФ лампой опытных поверхностей через стеклянный экран в течение 1 часа выявлено отсутствие роста всех музейных штаммов микроорганизмов.

10.5. При непрерывном облучении УФ лампой опытных поверхностей с нанопокрытием из диоксида титана и движении воздуха от вентилятора в течение 0, 5, 1, 2, 2, 5, 3,5 и 8 ч наблюдалось отсутствие роста всех тест-культур микроорганизмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Опытные поверхности с нанопокрытием из диоксида титана при непрерывном облучении их ультрафиолетовой лампой обладают антимикробной активностью в отношении музейных штаммов E.coli ATCC 25922, S.aureus ATCC 25923, P.aeruginosa ATCC 27853, C.albicans АТСС 10231, P.mirabilis ATCC 14153.

Список использованных источников

1. Carp O., Huisman C.L., Reller A. 2004. Induced reactivity of titanium dioxide. Progress in Solid State Chemistry, 32: 33-177

2. Yoshiya K., Shin-ya M., Hiroshi K., Bunsho O. 2002. Design, preparation and characterization of highly active metal oxide photocatalysts. In: Photocatalysis: science and technology. Kaneko M., Okura I. (eds.). Berlin Heidelberg New York, Springer-Verlag:29-4

3. Brinker C. J., Scherer G. W. 1990. Sol-gel science. The physics and chemistry of sol-gel processing. London, Academic Press

4. P. Sigmund, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B (1987). «Mechanisms and theory of physical sputtering by particle impact». Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B Beam Interactions with Materials and Atoms

5. Sputtering by Particle bombardment: Experiments and Computer Calculations from Threshold to Mev Energies. — Springer, Berlin, 2007.

Статья поступила в редакцию 14.10.2012