CC BY
1341
УДК 675.026.11
М. В. Антонова, И. В. Красина, С. В. Илюшина
МЕТОДЫ ПРИДАНИЯ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫМ ВОЛОКНАМ. ОБЗОР
Ключевые слова: наночастицы серебра, натуральные волокна, антибактериальные свойства.
В статье представлен обзор методов придания антибактериальных свойств натуральным текстильным волокнам с помощью наноразмерных частиц серебра.
Keywords: silver nanoparticles, natural fibers, anti-bacterial properties.
The article presents an overview of methods for achieving a natural antibacterial properties of textile fibers using silver nanoparticles.
Придание текстильным материалам антимикробных свойств преследует две основные цели: защиту от действия микроорганизмов и защиту от действия патогенной микрофлоры объектов, соприкасающихся с текстильными материалами.
Натуральные волокна являются легкой добычей для микробов, потому что они легко удерживают воду и микробные ферменты, которые могут легко гидролизовать их полимерные связи. Как известно хлопок, шерсть, джут и лен наиболее восприимчивы к воздействию микробов. В натуральных волокнах также, разнообразен период сохранения микробов [1]. Для придания антибактериальных свойств используются наночастицы. Ионы металлов металлических соединений отображают определенную степень эффекта стерилизации. Считается, что часть кислорода в воздухе или воде превращается в активный кислород с помощью катализатора, содержащего металлический ион, тем самым разрушая органические вещества, чтобы создать эффект стерилизации. Наноматериалы обладают улучшенными каталитическими способностями из-за их сильно нагруженных поверхностных атомов, которые изменяются с использованием нано - размеров частиц, количество реактивных частиц на единицу площади чрезвычайно увеличилось. Наночастицы серебра имеют очень большую удельную площадь поверхности, тем самым увеличивая их контакт с бактериями или грибами, а также значительно улучшая их бактерицидные и фунгицидные свойства. Нано серебро очень быстро вступает в реакцию с белками [1].
Для обработки текстильных материалов наночастицы серебра используют преимущественно в виде коллоидного раствора.
Коллоидное наносеребро - продукт, состоящий из наночастиц серебра, взвешенных в воде, содержащей стабилизатор коллоидной системы [2]. Типичный размер наночастиц серебра - 5-50 нм. Области применения наночастиц серебра очень разнообразны. В настоящее время на основе коллоидного серебра выпускаются препараты - биологически активные добавки с антибактериальным, противовирусным и противогрибковым действием. Препараты коллоидного серебра являются одними из наиболее распространенных и широко используемых в индустрии наночастиц.
Ряд работ [3, 4], посвященных изучению влияния наночастиц серебра на свойства текстильных материалов, подтверждают их эффективность при борьбе с микроорганизмами, опасными для здоровья человека. Все методы обработки текстильных материалов наночастицамим серебра осуществляются различными способами, основной целью которых является придание материалам антибактериальных или фунгицидных свойств.
Работы [5-8] посвящены антимикробной пропитке текстильных материалов водными растворами и гелями на основе L-цистеина и нитрата серебра. Для проведения исследовательских работ авторами синтезирован супрамолекулярный гидрогель на основе L-цистеина и нитрата серебра с введенными в него наночастицами серебра, которые стабилизированы L-цистеином. Также исследованы стадии синтеза, строение и свойства новой системы. Результатом работ явилось установление времени структурирования цистеин-серебряного раствора (смесь водных растворов L-цистеина и нитрата серебра в определенном мольном соотношении) до его готовности к гелеобразованию, которое проходит за 1-2 суток при температуре 25 °C. Далее готовыми растворами и гелями проводилась пропитка текстильных материалов, которые показали достаточные антимикробные свойства.
Известны работы по биоцидной обработке наночастицами серебра изделий медицинского назначения.
Так работа Хороброй Е.Г. основана на патенте [9], где разработан перевязочный материал на основе микроволокнистой матрицы с иммобилизованными частицами оксигидроксида алюминия, который эффективно сорбирует раневое содержимое и удерживает микроорганизмы [9].
Так как частицы оксигидроксида алюминия не оказывают бактерицидного действия, это может привести к размножению микроорганизмов в объеме материала и опасности повторного заражения. Поэтому данная работа [10] направлена на исследование in vitro влияния концентрации коллоидного серебра в перевязочном материале на подавление жизнедеятельности микроорганизмов.
Исследования проводились варьированием содержания коллоидного серебра адсорбированного на частицах оксигидроксида алюминия в пределах
от 0,38 до 3,65 мкг/см 2, а содержание оксигидрок-сида алюминия на всех образцах составляло 34 %. Авторами [10] установлено, что снижение концентрации микроорганизма E.coli 7935 в материале зависит от времени контакта образцов материала с бактериальной суспензией и содержания коллоидного серебра. Установлено, что минимальное количество коллоидного серебра необходимое для достижения максимального антибактериального эффекта составляет 0,70 мкг/см 2 , при этом не снижается сорбционная емкость перевязочного материала и обеспечиваются его антимикробные свойства.
В статье [11] рассмотрено изготовление полотен с антисептическими свойствами для швейных изделий. Такие изделия, как утверждает автор, создают ингибирующий заслон патогенной транзитной микрофлоре. Для придания целлюлозным полотнам антисептических свойств авторы применили композицию на основе коллоидного серебра в виде гидрозоля, которая зарегистрирована патентом РФ № 2405557: «Композиция на основе гидрозоля серебра для придания антимикробных свойств волокнисто-сетчатым материалам». Композиция включала в себя серебро 0,0216% и защитный коллоидный желатин 0,05%. Полотна, модифицированные полученной композицией, сохраняли высокие антисептические (биоцидные) свойства только после одной стандартной стирки. Поэтому с целью снижения растворимости желатина и закрепления его на волокнах, образцы ткани, пропитанные гидрозолем серебра с концентрацией Ag 0,0185% и желатина 0,05%, дополнительно обработали раствором растительных таннидов квебрахо с концентрацией 1,5%.
В результате модифицирования образцы сохраняли биоцидные свойства после двух стирок, а бактерицидные и бактериостатические свойства выдерживали пять стирок и последующее автоклави-рование. Введение в процесс обработки полотен таннидов, способствовало улучшению цвета ткани, который оказался значительно светлее, чем после обработки гидрозолем серебра [11].
Автором [12] проведены исследования возможности нанесения ноль-валентного серебра на текстильные материалы, с целью расширения ассортимента изделий медицинского назначения. Для проведения исследований были получены наноча-стицы серебра в водных растворах. Метод основан на восстановлении ионов серебра до ноль-валентного металла с помощью различных восстановителей по двум методикам: химической и био-минерализационной. Химическая методика - осуществлялась в растворных системах с помощью бор-гидрида натрия, дигидрокверцетина, водного раствора гелеобразного крахмала, а биоминерализованная с помощью глюкозы и аскорбиновой кислоты. В работе был использован метод обработки ткани восстановленным серебром в виде гидрозоля. Для выбора наилучшей методики проводилось исследование окислительно-восстановительной способности восстановителей и нитрата серебра. Оказалось, что реакция восстановления проходит достаточно эффективно во всех случаях, кроме метода с использованием аскорбиновой кислоты, что вызвано её низ-
кой восстановительной способностью. При сравнении показателей окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) нитрата серебра и различных восстановителей зафиксирована наибольшая разница ОВП при использовании боргидрида натрия и дигидрокверцетина.
Учеными Центра научных исследований легкой промышленности разработана технология производства медицинских материалов с наноча-стицами серебра на базе могилевского ОАО "Лента", которое производит текстильную продукцию. Работа включала два этапа. Результатом первого стало получение пряжи, которая придавала медицинским текстильным материалам требуемые физико-механические и физико-химические свойства. Второй этап включал получение медицинских материалов и придание им биоцидных, антимикробных свойств методом обработки растворами, содержащими наночастицы серебра [13].
Известен способ получения антибактериального текстильного волокнистого материала, который состоит в восстановлении серебра из водного раствора нитрата серебра восстановителем, а именно водным раствором таннина [14]. Дубильное вещество закрепляется на текстильном материале путем пропитки текстиля в водном растворе антимо-нилтартрата калия, после этого отделяют водную фазу, а влажный текстильный материал помещают в нагретый до 50-100°С водный раствор нитрата серебра с концентрацией 0,1-3,0 мас.%. После пропитки осуществляют отделение водной фазы и сушку полученного текстильного материала с нанесенным на него серебром. Далее следует обработка водными растворами гипохлорита натрия или бихромата калия [14]. Получение антибактериальных текстильных материалов данным методом позволяет повысить устойчивость полученного текстиля к влажным обработкам в процессе эксплуатации и расширить цветовую гамму получаемых антибактериальных текстильных материалов в сторону светлых тонов. Однако использование большого количества химических реагентов требует дополнительных затрат на очистку сточных вод, поэтому данная технология производства не является экологичной.
Для изготовления медицинских масок с использованием антибактериальных текстильных материалов, разработан метод модификации материала наночастицами серебра с применением обработки ультразвуком [15]. Модификация осуществляется путем помещения текстильного материала в раствор нитрата серебра в смеси вода/этиленгликоль, с добавлением гидроксида аммония, после чего материал подвергается ультразвуковому воздействию. Этиленгликоль не восстанавливает серебро до металла, так как образуется устойчивый комплекс [Ag(NH3)2]+, концентрация ионов Ag+ падает, и реакция восстановления протекает очень медленно. Именно в таких условиях происходит образование наноразмерных частиц серебра, размер которых в среднем составляет около 80нм [15]. При ультразвуковой обработке достигаются достаточные температуры, чтобы происходили плавление и карбонизация волокон ткани в местах контактов с наночастицами
серебра, что свидетельствует о том, что частицы за счет физической адсорбции удерживаются на поверхности материала. Полученные данным методом текстильные материалы, обладают прекрасной антибактериальной активностью, процесс нанесения на-ночастиц на поверхность материала проходит в одну стадию и не требует использования токсичных реактивов. Значительным недостатком данного метода модификации является приобретение текстильным материалом выраженного серого цвета, что ограничивает применение данной технологии для производства антибактериальных текстильных материалов светлых оттенков [15].
В Институте высокомолекулярных соединений РАН получен серебросодержащий материал из микрокристаллической целлюлозы, который изготавливают путем пропитки целлюлозного материала водным раствором AgNO3, с дополнительной обработкой смесью аммиака и глицерина. Изобретение [16,17] может быть использовано в качестве бактерицидных перевязочных средств. Способ получения серебросодержащих целлюлозных материалов путем воздействия на них водного раствора соли серебра, состоит в том, что целлюлозный материал при комнатной температуре пропитывают водным раствором 0,25-2,0 мас.% AgNO3 . Реакционную смесь нагревают при 85-150°С в течение 1-4 часов. Для увеличения содержания серебра в водный 0,252,0 мас.% раствор AgNO3 дополнительно вводят аммиак, глицерин, либо смесь аммиака и глицерина при концентрации аммиака 0,5-15 об.%, концентрации глицерина 20-50 мас.%, и нагревают реакционную смесь при 85-150°С в течение 1-4 часов. В качестве целлюлозного материала используют микрокристаллическую целлюлозу с СП от 120 до 275, хлопчатобумажное волокно, ткань и изделия из них, льняное волокно, полотно и изделия из них, хлопчатобумажный перевязочный материал. Изобретение позволяет получить материалы, как с низким содержанием металлического серебра, так и с высокой концентрацией серебра [16].
Американскими учеными описывается способ [18] изготовления наночастиц серебра, целлюлозных волокон и нановолокон, содержащих нано-частицы серебра, а также иллюстрируется использование наночастиц серебра в производстве целлюлозных волокон и нановолокон, и описывается перевязочный материал для ран, содержащий наноча-стицы серебра.
Наночастицы серебра характеризуются значительной селективной и биологической активностью, из-за которой они являются бактерицидным, бактериостатическим и фунгицидным средством. Преимуществом наночастиц серебра является большая активная поверхность, что позволяет использовать его в очень низких концентрациях, отсутствует риск повышения чувствительности к микозу и не вызывает потенциально опасные мутации бактерий. В соответствии с представленым изобретением, наночастицы серебра могут быть использованы непосредственно в виде прядильного раствора целлюлозы для изготовления целлюлозных волокон и нановолокон с бактерицидными свойствами. Ав-
торами [18] разработана раневая повязка для наружного применения, которая изготовлена из целлюлозных волокон, содержащих наночастицы серебра. Повязка обладает бактериостатическими, бактерицидными и фунгицидными свойствами.
Целью еще одного научного исследования [19] является разработка технологии получения текстильных материалов медицинского назначения, обладающих противовоспалительными, обезболивающими, антимикробными свойствами. Данные текстильные материалы обладают выраженными лечебными эффектами, путем нанесения на них полимерных композиций, включающих биологически активные добавки. Авторов заинтересовало получение самостерилизующихся аппликатов, которые были получены непосредственно в целлюлозном субстрате путем химического формирования наночастиц серебра. Одновременно проводятся клинические испытания, корректируются технологии и совершенствуется компонентный состав медицинских изделий.
Сообщение текстильным материалам антибактериальных свойств выполняет защиту поверхности материала от действия различных микроорганизмов, а также защиту человеческого тела от действия болезнетворной микрофлоры, попадающей на текстильные материалы и под одежду. Во втором случае необходимо создание условий для превентивной атаки со стороны текстильного материала на болезнетворные бактерии и грибы для предохранения от их действия защищаемого объекта [20].
Для изготовления защитной одежды краткосрочного и разового пользования в особых условиях авторами изобретен нетканый материал с био-цидными свойствами. Способ изготовления нетканого материала [21] для изготовления защитной одежды с биоцидными свойствами включает модифицирование волокон наноразмерными частицами серебра, которые вводят в волокно в составе водной дисперсии, напыляемой во время разрыхления волокон перед чесанием. Далее из наномодифицирован-ных волокон формируют холст, подвергают его иг-лопрокалыванию и последующей термообработке при повышенной температуре на каландре. Результатом изобретения является повышение защитных свойств нетканого материала при одновременном сокращении технологических операций путем совмещения наномодифицирования волокон с их антистатической обработкой.
Нанотехнологии активно внедряются в технологии по созданию антибактериальных текстильных материалов, позволяя получить материалы с антимикробными свойствами безопасные для человеческого здоровья. Использование таких технологий позволяет значительно снизить затраты на основной стадии производства, где значителен расход сырья и материалов. Антибактериальные текстильные материалы получают, во-первых, использованием текстильных нановолокон и нитей в материалах, во-вторых, за счет использования нанодис-персий и наноэмульсий для пропитки и отделки текстиля [22].
В технологии производства гигиенических тканых материалов также может быть внедрена об-
работка антисептическими составами, содержащими наночастицы серебра. В изобретении [23] описан состав для антисептической обработки изделий, который содержит 2,0-8,0 мас.% очищенного от солей натрия нанодисперсного порошка бентонита, про-интеркалированного ионами Ag+ или/и Си2+ с дисперсностью наночастиц не более 150 нм, 0,5-4,0 связующего и остальное - полярный растворитель - воду, в том числе деионизированную воду.
В качестве связующего используется сополимер на основе модифицированного гидролизо-ванного растительного протеина, к концевым или боковым аминогруппам которого привиты сила-нольные группы или поливинилпирролидон. Изобретение обеспечивает создание состава для антисептической обработки тканых материалов на основе природных компонентов, отвечающих требованиям экологичности и безопасности, использование, которого обеспечивает эффективную антисептическую обработку различных материалов, предназначенных для изготовления изделий как бытового, так и медицинского назначения.
Обработка натуральных текстильных материалов препаратами коллоидного серебра может привести не только к получению антибактериальных свойств, но и изменить их поверхностные характеристики в нужную сторону.
Так на хлопковых волокнах были получены наночастицы серебра восстановлением [Ag (МН3) 2] + комплекс с глюкозой [24]. Дальнейшая модификация волокон, покрытых серебром совместно с гексадецилтриметоксиланом привело к получению супергидрофобных хлопчатобумажных тканей. Изображения сканирующей электронной микроскопии текстиля показали, что обработанные волокна были покрыты наночастицами серебра, которые образуют двойной размер шероховатости на текстиле, благоприятствуя образованию супергидрофобных поверхностей, и наночастицы серебра образуют плотное покрытие вокруг волокон, оказывающих внутреннюю изоляцию проводящей хлопчатобумажной ткани.
Антибактериальный тест показал, что изготовленный таким методом текстиль имел высокую антибактериальную активность против грамотрица-тельных бактерий и кишечной палочки. Этот многофункциональный текстиль может найти применение в биомедицинских электронных устройствах.
В настоящее время российскими и зарубежными учеными разрабатываются и усовершенствуются антимикробные препараты, содержащие в своем составе наночастицы серебра.
Антибактериальный эффект препаратов на основе серебра сильнее действия карболовой кислоты при одинаковых концентрациях. Антибактериальные препараты на основе наночастиц серебра обладают фунгицидным действием при концентрации 0,1 мг/дм3 [25]. Действие растворов серебра при одинаковых концентрациях выше действия хлора, хлорной извести, гипохлорида натрия и других сильных окислителей. Растворы серебра являются самым эффективным средством при непосредственном соприкос-
новении с поверхностями, гноящимися и воспалёнными, вследствие бактериального заражения [26].
Серебро обладает большим антибактериальным эффектом, нежели пенициллин и биомицин, и оказывает губительное действие на антибиотико-устойчивые штаммы бактерий. На золотистый стафилококк, вульгарный протей, синегнойную и кишечную палочки ионы серебра оказывают различное противомикробное действие - от бактерицидно-го(способность убивать микробы) до бактериоста-тического (способность препятствовать размножению микробов) [27]. В отношении золотистого стафилококка и большинства кокков антибактериальные препараты на основе серебра превосходит действие антибиотиков [28].
Например, концерн «Наноиндустрия» разработал и освоил промышленный способ получения наночастиц серебра в воде или в органическом растворителе под торговой маркой AgБион [29]. Особенностью продукта является то, что наночастицы серебра имеют сферическую форму и их размер лежит в диапазоне 9 - 15 нм. Введение наночастиц серебра в объем материала или нанесение их на поверхность изделий позволяет придать им антивирусные, антибактериальные, антигрибковые свойства. Материалы, обработанные препаратами AgБион (стелька и подкладка спортивной обуви) позволяют предотвратить развитие различных грибковых заболеваний, уменьшат риск развития бактериальных инфекций ног на месте ран и потертостей. Наноча-стицы серебра обладают дезодорирующим эффектом, поскольку уничтожают микроорганизмы, вызывающие запах пота.
Ведутся работы по изучению влияния данного препарата на различные текстильные материалы.
Так диссертационная работа [30] посвящена разработке трикотажных и нетканых волокнистых материалов, модифицированных наночастица-ми серебра с применением плазменной обработки. Разработанные волокнистые материалы обладают антибактериальными свойствами к тест-культурам Bacillus subtilis, Escherichia coli О55, Salmonella paratyphi B, Pseudomonas aeruginosa АТСС-9027, Staphylococcus aureu 6538-Fs и Candida albicans. В качестве препарата для антибактериальной обработки выбран коллоидный водный раствор наночастиц серебра AgБион-2.
Новым направлением [31] является разработка бактерицидных аппликатов, получаемых путем химического формирования наночастиц серебра непосредственно в целлюлозном субстрате. Традиционные способы, предполагают либо предварительную химическую модификацию материала, либо пропитку его раствором коллоидного серебра. В разработанном способе формирование наночастиц серебра происходит непосредственно в целлюлозном материале в результате использования уникальных физико-химических свойств целлюлозы и при отсутствии дополнительных химических реагентов. Разработчиками детально изучены процессы модификации целлюлозных материалов, определены оптимальные условия их проведения и минимальные концентрации наносеребра в ткани, обеспечиваю-
щие ее эффективное бактерицидное свойство. Полученные результаты свидетельствуют о чрезвычайно высокой антибактериальной активности полученных образцов.
Для придания антибактериальных свойств волокнам шерсти авторами [32] использован метод восстановления ионов серебра в растворе ПВС с применением глюкозы, этиленгликоля, глицерина и УФ-облучения. В работе исследованы степени восстановления ионов серебра в приведенных восстановителях, а также при интенсификации процесса восстановления с помощью УФ-облучения. Установлено, что наиболее эффективное восстановление ионов серебра наблюдается в присутствии глицерина с интенсификацией УФ-облучением, которое инициирует образование наночастиц с наименьшим средним размером и более равномерное их распределение. Исследование проводилось методом просвечивающей электронной микроскопии. Образцы волокон шерсти с наночастицами серебра проявляют бактерицидную активность. Однако данный метод производства не является экологичным, так как использование большого количества химических реагентов требует дополнительных затрат на очистку сточных вод, вырабатываемых в процессе производства.
В современном мире разрабатываются принципиально новые технологические процессы получения наноразмерных антимикробных препаратов на основе наночастиц серебра. Авторы в данном исследовании [33] произвели оценку эффективности применения коллоидных растворов серебра, стабилизированных синтетическими полиэлектролитами для придания хлопчатобумажным тканям бактерицидных свойств. Для проведения данной оценки использовались результаты исследования, определяющие возможность использования полиэлектролитов различного химического строения для создания коллоидных растворов наночастиц металлов. Отобраны эффективные полимеры и добавки вспомогательных веществ и оптимизированы концентрационные и тем-пературно-временные параметры процесса образования наночастиц металлов в растворе. Методом «дисков» определена антибактериальная активность наночастиц серебра, при использовании следующих культур: Escherichiacoli, Staphylococcus aureus, Staphylococcus saprophyticus, Enterobactersaraxarii. Разработанный состав имеет большое практическое значение для придания бактерицидной отделки тканям медицинского, защитного назначения и фунги-цидной отделки техническому текстилю.
Разрабатываются методы по сохранению антисептического эффекта на тканях. Так, работа Барановой О.Н. [34] направлена на разработку метода модифицирования материалов бельевого ассортимента, обладающих оптимальными физико-механическими и гигиеническими свойствами и с устойчивым к влажно-тепловым обработкам антисептическим эффектом.
Для этих целей автором разработана и апробирована экологически чистая композиция с антисептическими свойствами для модифицирования хлопчатобумажной ткани бельевого ассортимента на основе гидрозоля серебра, стабилизированного
желатином. Для закрепления антисептического эффекта предложен эффективный метод фиксации наночастиц серебра на волокнах целлюлозной ткани с применением натуральных таннидов.
Чтобы обеспечить достаточный уровень антисептического эффекта были проведены исследования по содержанию атомарного серебра в ткани и установлены уровни биоцидных, бактерицидных, бактериостатических, гигиенических и механических свойств модифицированных хлопчатобумажных тканей, обеспечивающих оптимальные потребительские свойства.
Одним из эффективных способов получения волокон или материалов на основе природных полимеров с антимикробной активностью является нанесение ионов или частиц серебра на поверхность материала.
Работа [35] направлена на увеличение антимикробной активности материалов на основе природного полимера за счет возрастания относительной поверхности частиц серебра. Устойчивость этих свойств к мокрым обработкам достигается за счет прочного закрепления наночастиц серебра на поверхности материала при одновременном снижении концентрации нитрата серебра в обрабатывающем растворе. Уменьшение времени и температуры обработки благоприятно сказывается на сохранении исходного цвета материала, способствует уменьшению степени его деструкции, а также приводит к уменьшению экологической опасности технологического процесса. При осуществлении способа в качестве природного полимера используют фиброин натурального шелка, который пропитывают водным раствором нитрата серебра при комнатной температуре. Чтобы предотвратить вымывание наночастиц серебра при стирке изделий, и тем самым сохранить бактерицидный эффект создаются нерастворимые частицы серебра путем восстановления борогидри-дом натрия. Борогидрид натрия безвреден для организма человека и самостоятельно находит применение в медицине. Эти частицы серебра, прочно удер-живаютеся на поверхности и в структуре материала и антимикробная активность сохраняется после не менее 10 стирок.
Наряду с химическими методами модификации текстильных материалов все чаще стали применяться методы физической модификации, которые отличаются простотой использования и эколо-гичностью производства.
Физическая модификация волокон или нитей - это направленное изменение их состава (без новых химических образований и превращений), структуры (надмолекулярной и текстильной), свойств, технологии производства и переработки. Совершенствование структуры и повышение степени кристалличности волокна приводит к повышению биостойкости. Однако физическая модификация, в отличие от химической, антимикробных свойств волокнам не придает, но может повышать биостойкость [8] .
В работе [36] разработан новый способ нанесения наночастиц серебра на различные синтетические и натуральные ткани при помощи ионного
пучка или восстановления серебра из растворов. Исследователи из Швейцарии и Израиля предложили использовать для этих целей ультразвук. Процесс нанесения наночастиц проходит в одну стадию и не требует использования токсичных реактивов. Кроме того, обработке подвергается непосредственно уже готовая ткань, а не волокно или нити. В раствор нитрата серебра в смеси вода/этиленгликоль помещается образец хлопчатобумажной ткани, который после этого подвергается ультразвуковому воздействию. К исходной смеси добавляется гидроксид аммония. Этиленгликоль восстанавливает серебро до металла, однако, вследствие образования устойчивого комплекса [Ag(NH3)2]+, концентрация ионов Ag+ падает, и реакция восстановления протекает очень медленно. В таких условиях происходит образование очень мелких частиц серебра, известных как наносеребро. Ткань приобретает строгий серый цвет. В заключение ее несколько раз стирают, чтобы проверить, хорошо ли частицы крепятся к волокнам ткани. Механические свойства ткани при покрытии серебром снижаются незначительно. Эксперименты на бактериях (кишечная палочка и золотистый стафилококк) показали, что ткани обладают превосходной антимикробной активностью. Существенным недостатком такого нанесения частиц серебра на ткань является изменение ее цвета до серого, что в дальнейшем потребует дополнительных отделочных операций.
Китайскими учеными разработаны антимикробные шелковые волокна, модифицированные наночастицами серебра с у-излучением [37]. На поверхности волокон шелка были иммобилизованы и хорошо диспергированы частицы серебра с диаметром менее 20 нм. Противомикробное действие против грамположительных бактерий золотистого стафилококка увеличилось, и это действие сохранялось в течение 10 циклов стирки шелковых волокон, полученных при различных условиях. Шелковые волокна, обработанные раствором и у-излучением показали 96% антимикробную активность, которая после 10 циклов стирки поддерживалась выше 85%. В статье обсужден механизм образования серебристых наночастиц на шелковых волокнах под у-излучением. Синтез частиц серебра проводился на поверхности волокон шелка через у-облучения в растворе AgNO3 при комнатной температуре при атмосферном давлении.
Традиционные текстильные отделочные методы включают влажные химические модификации, где вода и довольно опасные химические вещества используются в больших количествах. В сточных водах, подлежащих обработке перед сбросом стоков, содержится большое количество химических реагентов, в то время как наиболее проблематичными факторами являются экологические последствия для окружающей среды и эффектов для здоровья человека [38].
Растущие экологические проблемы и требования к экологически чистым обработкам текстиля приводит к развитию новых технологий, использование плазмы является одним из подходящих способов [38]. Плазменная технология является экологически
безопасной технологией, и шагом на пути создания поверхностей с новыми и улучшенными свойствами, которые не могут быть достигнуты обычными способами [39]. Плазма это четвертое состояние вещества. Известно несколько типов плазмы; однако, для модификации физических и химических свойств твердых материалов, таких как текстиль, используется только неравновесная или холодная плазма. Уникальным свойством холодной плазмы являются химически активные частицы, полученные при низкой газовой температуре. Следовательно, существует минимальное термическое разложение текстильной подложки в процессе обработки плазмой [40].
Модификация текстильных подложек с использованием плазмы позволяет оказывать различное влияние на текстильные поверхности. В первой стадии обработки, плазма взаимодействует с поверхностью подложки, где созданы активные частицы и новые функциональные группы, которые могут полностью изменить реакционную способность субстрата [41].
Результаты исследований проведенных ранее [41-45] показывают, что обработка текстильных материалов плазмой пониженного давления позволяет направленно изменять поверхностные свойства, повысить адгезионные и сорбционные характеристики, улучшить физические и механические свойства волокон и нитей. Изменение поверхностных свойств текстильных материалов способствует проведению модификации текстильных полотен различными химическими составами, которые используются с целью наделения текстильных материалов антибактериальными свойствами. Существует необходимость получения антибактериальных текстильных материалов с устойчивыми во времени свойствами [27].
*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № 14.577.21.0019 о предоставлении субсидии на проведение прикладных научных исследований.
Литература
1. Shanmugasundaram, O.L. Application of nanotechnology to техШе finishing - A review/ O.L. Shanmugasundaram // Textile Review. - 2009. - №11. - Р.135-139.
2. Limbach, L.K. Exposure of engineered nanoparticles to human lung epithelial cells: influence of chemical composition and catalytic activity on oxidative Stress/ Wick P., Manser P., Grass R.N., Bruinink A., Stark W.J. // Environ. Sci. Technol. 2007. V. 41. N 11.- P. 4158-4163.
3. Савадян, Э.Ш. Использование препаратов серебра в хирургии и травматологии (Обзор зарубежной литературы) / Э.Ш. Савадян // Хирургия. - 1989. - № 8. - С. 135-139.
4. Савадян, Э.Ш. Современные тенденции использования серебросодержащих антисептиков/ЭШ. Савадян, В.М. Мельникова, Г.П. Беликов // Антибиотики и химиотерапия. - 1989. - Т. 34. - № 11. - С. 874-878.
5. Баранова, О. А. Антимикробные текстильные материалы с пропиткой водными растворами и гелями на основе L-цистеина и нитрата серебра/О. А. Баранова, С. Д. Хижняк, П. М. Пахомов // Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности. -2014. - № 1(23). - С. 37-39.
6. Баранова, О.А. Супрамолекулярный гидрогель на основе L-цистеина и наночастиц серебра// О.А. Баранова, С.Д. Хижняк, П.М. Пахомов// Журнал структурной химии.- 2014. - Т.55, №1. - С. 174-180.
7. Баранова, О. А. Исследование ранних этапов форми-рованиясупрамолекулярных структур на основе L -цистеина и серебра./ О. А. Баранова, С. Д. Хижняк, П. М. Пахомов//Материалы 26 симпозиума по реологии. г.Тверь. - 2012.- С.57
8. Актуальные вопросы биоповреждений. - М.: Наука, 1983. - 265 с.
9. Патент №2426557 РФ Сорбционно-бактерицидный материал, способ его получения, способ фильтрования жидких или газообразных сред, медицинский сорбент, авторы Лернер М.И., Глазкова Е.А., Псахье С.Г. и др патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (ИФПМ СО РАН), опубликован 20.08.2011 бюл.№31
10. Хоробрая, Е.Г. Антисептический перевязочный материал, импрегнированный частицами коллоидного серебра/ Е.Г. Хоробрая, О.В. Бакина, А.Н. Серова, И.Н. Тихонова/ Тезисы докладов Международной научно-практической конференции и школы молодых ученых
- Сегодня и завтра медицинского, технического и защитного текстиля. Роль традиционных и высоких технологий. («МЕДТЕКСТИЛЬ - 2012») Москва. - 2012 г.
- С.35.
11. Баранова, О.Н. Целлюлозные полотна, модифицированные гидрозолем серебра с применением растительных дубителей./ Баранова О.Н., Золина Л.И. / Тезисы докладов Международной научно-практической конференции и школы молодых ученых - Сегодня и завтра медицинского, технического и защитного текстиля. Роль традиционных и высоких технологий. («МЕДТЕКСТИЛЬ - 2012») Москва. - 2012. - С.29.
12. Торшин, А.С. Использование наночастиц серебра в фунгицидной отделке текстильных материалов./ А. С. Торшин, А.Е.Третьякова, В.В.Сафонов// Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс -2013) [Текст]: сборник материалов международной научно-технической конференции. Часть 1. - Иваново: Текстильный институт ИВГПУ. - 2013. - 472 с.
13. Силич, Т. Производство антимикробных перевязочных материалов с наночастицами серебра осваивают в Беларуссии. [Электронный ресурс] - Режим доступа http://atom.belta.by/ru/news_belta/view/proizvodstvo-antimikrobnyx-perevjazochnyx-materialov-s-nanochastitsami-serebra-osvaivajut-v-belarusi-478/, свободный.
14. Патент 2350356 РФ. Антибактериальный текстильный волокнистый материал и способ его получения, авторы и патентообладатели А.В. Вишняков, Т.В. Минаева, В .А. Чащин, Д.В. Хотимский. - № 2007124816/12; заявлен 03.07.2007; опубликован 27.03.2009.
15. Патент 2426484 РФ. Способ изготовления медицинской маски / В.М. Жариков, Д.Г. Шарапов; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" - № 2010108904/12; заявл. 11.03.2010; опубл. 20.08.2011.
16. Naseeb, U. Mechanically robust and antimicrobial cotton fibers loaded with silver nanoparticles: synthesized via chinese Holly plant leaves/ Naseeb Ullah, Sohail Yasin, Zamir Abro, Lin Liu, Qufu Wei// International Journal of Textile Science 2014. - №3(1A).- Р 1-5.
17. Патент № 2256675 РФ Способ получения серебросо-держащих целлюлозных материалов, авторы Н.Е. Ко-
тельникова, О.В. Лашкевич, Е.Ф. Панарин, патентообладатель - Институт высокомолекулярных соединений РАН (ИВС РАН) заявка 2001120798/04, 24.07.2001, опубл. 20.07.2005 бюл.№20.
18. КиселеваД.Ю. Бактерицидные текстильные материалы на основе биологически активных препаратов и наносеребра /А.Ю. Киселева, О.В. Козлова, Ф.Ю. Телегин/Тезисы докладов VII Всероссийской олимпиады и семинаа «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы» Санкт-Петербург - 2011. -С.18.
19. Букина, Ю.А. Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра / Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. -№14. - С. 170-172.
20. Патент № 2326192 РФ Способ изготовления нетканого материала с заданными биоцидными свойствами, авторы Б.В. Замета, В.Ю.Мишаков, А.П. Жихарев, В.И. Шавкин, В.Д. Баранов, А.А. Ревина, патентообладатель ЗАО "ЦНТБ" заявка 2006133737/12 21.09.2006, опубликован 10.06.2008. бюл.№16.
21. Муранова, Н. Н. Использование инновационных технологий для расширения применения одежды из трикотажа / Н.Н. Муранова, Л.В. Морозова, Т.В. Сичкарь, Н.Д. Остапенко. - Науковедение. - 2013. - № 1 (14). -С. 31.
22. Патент № 2408755 РФ Состав для антисептической обработки тканых материалов, авторы В. И. Беклемы-шев, И.И. Махонин, С.В. Дронов, И.И. Шавва, Н.А. Локонова, М.М. Афанасьев, П.И. Махонин, В. А.Солодовников , патентообладатели Закрытое акционерное общество "Институт прикладной нанотех-нологии", Открытое акционерное общество «Валерия», заявка № 2009120110/05, 28.05.2009, опубл. 10.01.2011 Бюл. № 1.
23. Chao-Hua, X. Superhydrophobic conductive textiles with antibacterial property by coating fibers with silver nanoparticles [Электронный ресурс]/Chao-Hua Xue, , Jia Chen, Wei Yin, Shun-Tian Jia, Jian-Zhong Ma - Режим доступа
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016943 3211016436, свободный.
24. Chen, X. Nanosilver: a nanoproduct in medical application / X. Chen, H.J. Schluesener // Toxicology letters. - 2008. -Vol. 176, № 1. - P. 1-12.
25. Киселева, А.Ю. Бактерицидные текстильные материалы на основе биологически активных препаратов и наносеребра / А.Ю. Киселева, И.А. Шушина, О.В. Козлова, Ф. Ю. Телегин // Известия высшихучебных заведений. Технология легкой промышленности. -2011. -Т. 12, № 2. - С. 110-112.
26. Шульгина, Т. А. Антибактериальное действие водных дисперсий наночастиц серебра на грамотрицательные микроорганизмы (на примере Esherichia Coli) / Шульгина Т.А., Норкин И.А., Пучиньян Д.М.// Фундаментальные исследования. - 2012. - № 7. - С. 424-426.
27. Донвар, Р.И. Антибактериальный и противогрибковый эффект перевязочного материала, содержащего наночастицы серебра / Р.И. Донвар, С.М. Смотрин, А.Ю. Васильков, А.И. Жмакин // Новости хирургии. - 2010. - Т. 18, № 6. - С. 3-11.
28. Патент 2314834 РФ Раневое покрытие, авторы и патентообладатели С.В. Добыш, А.А. Волков, заявка №2006124606/15, 10.07.2006, опубликован 20.01.2008 бюл.№ 2.
29. Яровая, М.С. Биоциды нового поколения на основе наночастиц серебра./ М.С. Яровая, Д. Коробов, И.А. Чмутин / Тезисы докладов II-й научно-практической конференции и каталог выставки «Нанотехнологии в
текстильной и легкой промышленности». - М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н.Косыгина», 2011. -С 71-72.
30. Тимошина, Ю.А. Разработка трикотажных и нетканых волокнистых материалов с антибактериальными свойствами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Казан. нац исслед. тех-нол. ун-т; Ю.А. Тимошина. -Казань, 2014. - 179 с.
31. Шушина, И.А Текстильные материалы с бактерицидными свойствами на основе наносеребра / И.А. Шушина, О.В. Козлова, Ф.Ю. Телегин / Тезисы докладов Международной научно-практической конференции и школы молодых ученых - Сегодня и завтра медицинского, технического и защитного текстиля. Роль традиционных и высоких технологий. («МЕДТЕКСТИЛЬ - 2012») г. Москва - 2012. - С.45.
32. Буринская, Алла Александровна. Получение наночастиц серебра для придания бактерицидных свойств шерстяным материалам / А. А. Буринская [и др.]. Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности/ № 3(17). 2012г. - С.44-47.
33. Фирсова, В.А. Применение наночастиц серебра для придания текстильным материалам бактерицидных свойств /В. А. Фирсова [и др.] // Инновации молодежной науки: тез. докл. Всерос. науч. конф. молодых ученых / С.-Петербургск. гос. ун-т технологии и дизайна. -СПб.: ФГБОУВПО «СПГУТД», 2012. - С 64-65.
34. Баранова, О. Н. Разработка метода придания антисептических свойств целлюлозным текстильным полотнам бельевого ассортимента и оценка их качества: автореферат дис. кандидата технических наук: 05.19.01 / Баранова Ольга Николаевна; [Место защиты: ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии].- Москва, 2012.- 26 с.
35. Патент №2402655 РФ. Способ получения антимикробного серебросодержащего волокна на основе природного полимера/Е.С. Сашина, О.И.Дубкова, Н.П. Новоселов, патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна", заявлено 2009102577/05, 26.01.2009, опубликовано 27.10.2010 бюл. №.30.
36. Perelshtein, I. Sonochemical coating of silver nanoparti-cles on textile fabrics (nylon, polyester and cotton) and their antibacterial activity [Электронный журнал] / Ilana Perelshtein // Nanotechnology - 2008. - №24. - Режим доступа http: //iopscience. iop. org/0957-4484/19/24/245705/pdf/0957-484_19_24_245705.pdf, свободный.
37. Shuquan, C. Synthesis of antimicrobial silver nanoparti-cles on silk fibers via y-radiation /Shuquan Chang, Bin Kang, Yaodong Dai and Da Chen// Wiley Periodicals, Inc J Appl Polym science. - 2009. - Р. 36-41.
38. Kang, J.Y. Textile plasma treatment review - natural polymer-based textiles/ Sarmadi M.A, Kang J.Y. // ATCC Review - 2004. - № 4(10).- Р.28-32.
39. Gorjanc, M. Plasma Technology for Textile Purposes/ Gorjanc M., Recelj P., Gorensek M. //Tekstilec - 2007.-№50(10-12) - Р.262-266.
40. Gorjanc, M. The influence of water vapor plasma treatment on specific properties of bleached and mercerized cotton fabric./ . Gorjanc M. [и др.]// Textile Research Journal. - 2010. - № 80(6). - Р.557-567.
41. Fridman, A. Plasma chemistry./ Fridman A./ New York : Cambridge University Press. 2008.- 564р.
42. Кулевцов, Г.Н. Исследование влияния ВЧ-плазменной модификации на ги-гиенические свойства кожи / Г.Н.Кулевцов, Г.Р.Николаенко, П.А.Андреев // Коже-венно-обувная промышленность. - 2012. - №4. - С.29-30.
43. Ибатуллина, А. Р. Создание композиционных материалов на основе арамидных волокон с применением плазменной обработки / А. Р. Ибатуллина, Е. А. Сергеева // Дизайн. Материалы. Технология. - 2012. -№5(25) - С. 38-44.
44. Илюшина, С.В. Технология получения технических тканей с антиадгезионными свойствами / С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т.18.№18. - С. 50-51.
45. Азанова, А. А. Плазменная модификация трикотажных полотен / А.А. Азанова // Дизайн. Материалы. Технология. - 2013. - Т. 2, № 27. - С. 86-88.
© М. В. Антонова - канд. техн. наук, доцент каф. технологии химических и натуральных волокон и изделий КНИТУ, marisha.10@list.ru; И. В. Красина - д-р техн. наук, зав. каф. технологии химических и натуральных волокон и изделий КНИТУ, irina_krasina@mail.ru; С. В. Илюшина - канд. техн. наук, доцент каф. технологии химических и натуральных волокон и изделий КНИТУ strelfy@mail.ru.
© M. V. Antonova - candidate of Technical Sciences, associate professor of technology of chemical and natural fibers and products to KNRTU, marisha.10@list.ru; 1 V. Krasina - the Doctor of Engineering managing chair of technology of chemical and natural fibers and products to KNRTU, irina_krasina@mail.ru; S. V. Ilyushina - candidate of Technical Sciences, associate professor of technology of chemical and natural fibers and products to KNRTU, strelfy@mail.ru.
