CC BY
30
УДК 577.344.3.579.61.666.1.056
Новые гипс-титановые композиты для антимикробного фотокаталитического воздействия на Staphylococcus aureus
Е. С. Тучина, М. В. Корченова, А. В. Светлакова, K. Кордас, В. В. Тучин
Тучина Елена Святославна, кандидат биологический наук, доцент, кафедра биохимии, биофизики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, [email protected]
Корченова Мария Владимировна, магистр, кафедра биохимии, биофизики, биологический факультет, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, [email protected]
Светлакова Анна Владимировна, студент, кафедра биохимии, биофизики, биологический факультет, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, [email protected]
Кордас Криштиану, профессор лаборатории микроэлектроники и физики материалов и оптоэлектроники и технических измерений, университет Оулу, Финляндия, [email protected]
Тучин Валерий Викторович, член-корреспондент РАН, профессор, кафедра оптики и биофотоники, физический факультет, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского; Национальный исследовательский Томский государственный университет; Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов, [email protected]
В последнее десятилетие были созданы новые композитные фотокаталитические материалы с широким спектром применения. Антимикробные покрытия на основе фотокаталитических материалов являются экологически чистыми и эффективными для применения в здравоохранении, пищевой промышленности, на предприятиях и объектах сферы услуг. Данное исследование посвящено изучению антибактериальной активности гипс-титановых нанокомпозитов. Были проверены иммобилизованные в гипсе нанопроволоки диоксида титана, легированные палладием и допированные азотом и водородом при освещении светодиодными источниками в УФ и фиолетовой части спектра (365, 385, 405 нм). Было показано, что материалы с повышенным содержанием гипса и легированные палладием проявляют наибольшую антибактериальную активность (до 90-98% гибели микробной популяции) за счет оптимального поглощения света на выбранных длинах волн и его рассеяния в гипсе. При использовании композитов в сочетании с разным освещением показано, что наиболее эффективным является комплексное действие образца G-Ti-Pd-7, содержащего 10 масс.% нанопроволок TiO2, прошедших допирование азотом и легирование палладием. Ключевые слова: фотокаталитическое воздействие, нанопо-крытия, наночастицы, нанокопозиты, гипс, TiO2, УФ и фиолетовый свет, микроорганизмы, метициллин-чувствительный Staphylococcus aureus (MSSA), метициллин-устойчивый Staphylococcus aureus (MRSA).
Поступила в редакцию: 24.04.2020 / Принята: 20.05.2020 / Опубликована: 31.08.2020
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0)
DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-3-324-331
Введение
В настоящее время резистентность бактерий к антибиотикам является огромной проблемой современной медицины. Каждый год разрабатываются новые препараты для антимикробной терапии, у возбудителей госпитальных инфекций развилась устойчивость уже ко многим из существующих видов антибактериальных препаратов [1-3]. Совершенно очевидно, что требуются новые способы борьбы с патогенами, в том числе при создании и оборудовании медицинских учреждений, объектов образования, предприятий по производству пищевой продукции и т. п. Одним из таких способов является фотокаталитическая антимикробная терапия. Метод основан на способности фотокатализаторов генерировать активные радикалы (гидроксид-ион и активные формы кислорода (АФК)), которые негативно воздействуют на микроорганизмы [4]. Метод является экологически чистым и безопасным для человека [5].
Распространение бактерий особенно опасно в сферах здравоохранения, пищевой промышленности, поэтому создание самоочищающихся поверхностей на основе гипса имеет важное значение [6, 7]. Гипс обладает собственной фотокаталитической активностью, обусловленной наличием свободных орбиталей, обеспечивающих возникновение пары «электрон - дырка», обладающих высокой химической активностью. Углубленное изучение поверхностей с фотокаталитической активностью началось в последние несколько лет [8-14]. Дополнение гипса неорганическими полупроводниковыми материалами (Au, Fe2O3, CuO, TiO2) является эффективным способом борьбы с патогенами в общественных местах [13, 14]. На основе гипса, дополненного наночастицами из полупроводниковых материалов, создаются покрасочные и отделочные материалы.
Гипс-титановые композиты являются перспективным наноматериалами и используются не только для покрытия поверхностей, но и для добавления в протезы, зубные пломбы, текстильные материалы [13-17].
В данном исследовании представлены гипс-титановые композиты, допированные азотом, водородом и легированные палладием [16, 17], активность которых проверена на двух штаммах Staphylococcus aureus - метициллин-чувствитель-ном (MSSA) и метициллин-устойчивом (MRSA). Усиление антимикробных свойств новых композитных материалов достигалось с использованием светодиодов УФ и фиолетовой части спектра.
Материалы и методы
Объектами исследования служили два бактериальных штамма - метициллин-чувствительный и метициллин-устойчивый Staphylococcus aureus (ГИСК им. Л. А. Тарасевич, Москва, Россия).
Культуры выращивали на универсальной плотной питательной среде (ГРМ-агар, Оболенск) при 37° С. Для проведения экспериментов использовали 24-часовые культуры.
В качестве источников излучения использовали светодиодные источники УФ и фиолетовой части спектра (табл. 1).
Нанопроволоки диоксида титана были получены гидротермальным методом из диоксида титана в форме анатаза [12]. Допированные азотом частицы (G-Ti-N-3, 7) были синтезированы путем отжига волокон диоксида титана при 600° С в течение 4 ч в 2% NH3.
Легирование палладием (G-Ti-Pd-5, 7) осуществлялось путем мокрой пропитки из Pd-ацетилацетоната (Sigma-Aldrich; 99,9% раствор). Все образцы были кальцинированы, часть образцов - окислена-восстановлена (G-Ti-Pd-5, 7) в смеси 15% Н2/АГ (AGA, Linde) в течение 4 ч при 500°С (табл. 22).
Таблица 1 / Tabel 1
Светодиодные источники излучения, использованные в работе LED sources of radiation used in the work
Максимум испускания, нм / Emission maximum, nm Плотность мощности, мВт/см2 / Power density, mW/cm2
365 8
385 17
4G5 70
Таблица 2 / Tabel 2
Характеристики новых гипс-титановых нанокомпозитов Characteristics of new gypsum-titanium nanocomposites
Обозначение / Abbreviation Количество, г / Amount, g Наличие / Presence Процесс окисления - восстановления / Оxidation - reduction process
TiO2 Гипс / Gypsum Азот / Nitrogen Палладий / Palladium
G-Ti-i G,5 i,5
G-Ti-N-3 G,2 G,5 +
G-Ti-Pd-5 G,5 i,5 + +
G-Ti-Pd-7 G,5 i,5 + + +
G iG G
Гипсовые композиты были приготовлены смешением коммерчески доступного обожженного гипса (АМех А828) с дистиллированной водой и нанопроволоками. Полученные композиты были помещены в лунки коммерческого 24-луночного полистирольного планшета.
При проведении экспериментов по антимикробному действию гипс-титановых композитов бактериальную суспензию (109 мл/мл) объемом 1 мл наносили на поверхность образцов
в лунках планшета, оставляли в темноте на 1 ч (контроль). Аналогичным образом помещенную в лунки суспензию облучали светом с выбранной длиной волны в течение 5, 10, 15 и 30 мин. После воздействия бактериальную суспензию доводили до концентрации ~ 103 мк/мл, наносили на поверхность питательной среды и распределяли стерильным шпателем.
Учет результатов осуществлялся путем подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ) через
24-48 ч после инкубации при 37° С. В качестве контроля принимали значения колониеобразу-ющей способности для бактерий, не подвергавшихся облучению светом и не контактировавших с нанокомпозитами. Каждый эксперимент проводился в десяти повторностях.
Результаты и их обсуждение
Наночастицы (НЧ) диоксида титана (ана-таз) имеют край полосы поглощения в УФ-части спектра на длине волны 367 нм. Расширение спектра поглощения в сторону видимой области возможно благодаря легированию диоксида титана разными металлами, допированию во-
дородом, азотом и т. д., что, в свою очередь, дает большие возможности в использовании НЧ [16]. Как показано в работе [17], наночас-тицы диоксида титана, допированные азотом и легированные палладием, дают смещение в сторону видимого спектра, что оправдывает выбор трех длин волн излучения для проведения эксперимента.
Показано, что излучение всех трех типов светодиодных источников (365, 385, 405 нм) оказывает незначительное действие на жизнеспособность исследуемых штаммов. Снижение числа КОЕ после 30 мин облучения отмечено не более чем на 39% (рис. 1-3).
Ss 120
Ё 90 О
^ 60
W" 30
« 0
Inj
1
Пгп
5 10 15 30
Время облучения, мин / Time of exposure, min
а/а
£ 120
р
IX 90
О
60
W 30
о
0
■ 365 нм/nm so OG-Ti-1
□ G-Ti-N-3 OG-Ti-Pd-5 BG-Ti-Pd-7
0 5 10 15 30
Время облучения, мин / Time of exposure, min
б/b
Рис. 1. Влияние УФ светодиодного излучения (365 нм, 8 мВт/см2) на выживаемость
стафилококков: а - MSSA, б - MRSA Fig. 1. Effect of UV LED light (365 nm, 8 mW/cm2) on staphylococci а - MSSA, b -
MRSA
0
Токсическое действие чистого гипса в сочетании с излучением было выражено более ярко. Свет с длиной волны 365 нм после 30 мин воздействия на бактериальные клетки, инкубированные с чистым гипсом, вызывал гибель 71% популяции МББА (рис. 1, а), в то время как длины волн 385 нм и 405 нм приводили к снижению числа КОЕ данного штамма на 42 и 39% соответственно.
Для метициллин-резистентного штамма показана обратная зависимость: наибольшее сокращение КОЕ было отмечено после облучения светом с длиной волны 405 нм в присутствии гипса и составило 86% (рис. 3, б), тогда как свет
на длинах волн 365 нм и 385 нм вызывал гибель 36 и 47% клеток соответственно (рис. 1, б, 2, б).
Добавление титановых проволок к гипсу в соотношении 1 : 3 усиливало антибактериальный эффект нанокомпозитов при действии всех трех длин волн. Для МББА это усиление происходило в среднем на 7%, для МЯБА - на 15%. Допирование наночастиц NN3 влечет за собой еще одну ступень повышения их фотокаталической активности, которая, однако, не превышает в среднем 10% для обоих исследованных штаммов.
Легированные палладием нанопроволоки в составе нанокомпозитов обладали темновой
0 5 10 15 30
Время облучения, мин / Time of exposure, min
а /а
0 5 10 15 30
Время облучения, мин / Time of exposure, min
б/b
Рис. 2. Влияние УФ светодиодного излучения (385 нм, 17 мВт/см2) на выживаемость
стафилококков: а - MSSA; б - MRSA Fig. 2. Effect of LED light (385 nm, 8 mW/cm2) on staphylococci a - MSSA; b - MRSA
120
£ 90
и
60
о4 30
w"
о 0
5 10 15 30
Время облучения, мин / Time of exposure, min а/а
120
£ 90
U
60
о4 w" 30
О 0
■ 405 нм/nm □ G-Ti-N-3
EG
□ G-Ti-Pd-5
■ G-Ti-1 □ G-Ti-Pd-7
5
10
15
30
Время облучения, мин / Time of exposure, min б/b
Рис. 3. Влияние фиолетового светодиодного излучения (405 нм, 70 мВт/см2) на
выживаемость стафилококков: а - MSSA; б - MRSA Fig. 3. Effect of LED light (405 nm, 70 mW/cm2) on staphylococcii: a - MSSA; b - MRSA
0
0
токсичностью в небольших пределах (до 25% гибели бактериальных клеток) и существенно усиливали антимикробную активность образцов при облучении светом. При этом наиболее эффективными оказались вариант 0-ТьР^7 и длина
волны источника излучения 385 нм - для МББЛ сокращение КОЕ составило 98% (рис. 2, а), для МЯБЛ сокращение КОЕ составило 95% (рис. 2, б).
Эффективность фотокаталитического воздействия можно оценить как % подавления патогенна,
поделенный на плотность мощности источника света. Максимальное значение данного показателя отмечено для сочетания 365 нм и 0-Т1-Р^7 и для МББЛ равно 12,1, а для МЯБЛ - 11,8. Аналогичным образом проявило себя это сочетание и случае с длиной волны 385 нм (значения 5,7 и
Показано, что штамм МББЛ оказался более чувствительным к воздействию фиолетового света, тогда как МЯБЛ проявил большую чувствительность к УФ-излучению. Оба штамма микроорганизмов проявили выраженную чувствительность к образцам с повышенным содержанием гипса.
Это можно объяснить нескольким факторами. Во-первых, гипс также имеет собственную каталитическую активность [6, 7]. Во-вторых, наночастицы диоксида титана, находящиеся в гипсе, увеличивают свою реакционную способность за счет диффузии света при его сильном рассеянии в гипсе. Легирование диоксида титана азотом и палладием изменяет характер спектра поглощения, увеличивает поглощение света на используемых длинах волн и, следовательно, усиливает бактериостатическое действие материала.
Гипс-титановые нанокомпозиты являются перспективным антибактериальным материалом. При использовании композитов в сочетании с разным освещением показано, что наиболее эффективным является комплексное действие образца в-Т1-Р^7, содержащего 10 масс.% на-нопроволок Т102, света с длиной волны 365 нм и плотностью мощности 8 мВт/см2. Антибактериальное воздействие нанокомпозитов зависит от плотности мощности (дозы облучения) и фотокаталитической активности материалов, а также рассеяния света в гипсе и содержания порфиринов и каротиноидов в клетках бактерий,
5,5 для МББЛ и МЯБЛ соответственно). Интерес представляет то, что для метициллин-устойчи-вого штамма при облучении фиолетовым светом видимого спектра (405 нм) данный показатель составлял 1,3 и не зависел от типа исследуемых композитов (табл. 3).
которые могут усиливать бактерицидное действие света (порфирины) или, наоборот, частично маскировать его действие на линиях поглощения тех же порфиринов и каротиноидов.
Следует также отметить, что биологические ткани оказываются более прозрачными на длинах волн 365 и 385 нм, чем на 405 нм, и прозрачность на длинах волн 365 и 385 нм можно увеличить в десятки раз при использовании оптических просветляющих агентов типа глицерина [18, 19]. Это открывает возможность антимикробной УФ -фототерапии слизистых оболочек человека.
Благодарности
Авторы выражают признательность сотрудникам лабораторий микроэлектроники и физики материалов и оптоэлектроники и технических измерений Университета Оулу (Оулу, Финляндия) за предоставленные образцы гипс-титановых нанокомпозитов; сотруднику кафедры оптики и биофотоники СГУ им. Н. Г. Чернышевского (Саратов, Россия) Л. Е. Долотову за помощь при проведении измерений и настройке оборудования.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № ЛЛЛЛ-Л18-118042790042-4) и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 32 «Наноструктуры: физика, химия, биология. Основы технологии» (подпрограмма «Нанобио-технология»).
Таблица 3 / Table 3
Эффективность подавления клеток S. aureus [%/(мВт/см2)] различными источниками излучения (табл. 1) для исследуемых фотокатализаторов Efficiency of suppression of S. aureus cells [% / (mW / cm2)] by various radiation sources (table 1) for the studied photocatalysts
Обозначение / Abbreviation Средняя длина волны, нм / Mean wavelength, nm
365 385 405
MSSA MRSA MSSA MRSA MSSA MRSA
G-Ti-1 8,8 9,6 2,3 4,1 0,6 1,3
G-Ti-N-3 7,1 9,1 3,5 4,8 0,8 1,3
G-Ti-Pd-5 11,4 10,9 5,1 5,2 1,2 1,3
G-Ti-Pd-7 12,1 11,8 5,7 5,5 1,3 1,3
G 8,5 4,5 2,5 2,8 0,5 1,2
Список литературы
1. Решедько Г. Л., Рябкова E. Л., Кречикова О. И., Сухо-руковаМ. В., Шевченко О. В., ЭйдельштейнМ. В., Козлов Р. С. Резистентность к антибиотикам грамотри-цательных возбудителей нозокомиальных инфекций в ОРИТ многопрофильных стационаров России // Болезни и возбудители. 2008. Т. 10, № 2. С. 96-112.
2. Thompson K. A., Bennett A. M., Walker J. T., Hosp J. Aerosol survival of Staphylococcus epidermidis // Journal of Hospital Infection. 2011. Vol. 78, № 3. P. 216-220.
3. Martin J. K., Sheehan J. K., Bratton B. P., Moore G. M., MateusA., LiS. H.-J., Kim H., Rabinowitz J. D., TypasA., Savitski M. M., Wilson M. Z., Gitai Z. A Dual-Mechanism Antibiotic Kills Gram-Negative Bacteria and Avoids Drug Resistance // The Cell. 2020. Vol. 5. DOI: https://doi. org/10.1016/j.cell.2020.05.005
4. LipovskyA., Nitzan Y., FriedmannH., LubartR. Sensitivity of Staphylococcus aureus Strains to Broadband Visible Light // Photochem. Photobiol. 2009. Vol. 85, № 1. P. 255-260.
5. Szczawinski J., Tomaszewski H., Jackowska-Tracz A., Szczawinska M. E. Survival of Staphylococcus aureus exposed to UV radiation on the surface of ceramic tiles coated with TiO2 // Polish Journal of Veterinary Sciences. 2011. Vol. 14, № 1. P. 41-46.
6. Subhi H., Reza F., Husein A., NurulA. A. Cytotoxicity of gypsum-based biomaterial for direct pulp capping using stem cells from human exfoliated deciduous teeth // J. Conserv Dent. 2018. Vol. 21, № 1. P. 21-25.
7. Нуриева Е. М., Королев Э. А., Бахтин А. И., Халли-улин М. И., Алтыкис М. Г., Рахимов Р. З., Сабанина Ю. В. Комплексные исследования физико-механических и структурных свойств минералов многофазовых гипсовых вяжушдх при длительном хранении // Минералогия техногенеза. 2006. Т. 6, № 1. С. 333-339.
8. Фатхутдинова Л. М., Халиуллин Т. О., Залялов Р. Р. Токсичность искусственных наночастиц // Казан. мед. журн. 2009. Т. 90, № 4. С. 578-584.
9. Абдуллин И. Ш., Канарская З. А., Хубатхузин А. А., Калашников Д. И., Гатина Э. Б. Нанодисперсные материалы на основе оксида титана в микробиологической, медицинской и пищевой промышленности // Вестн. Казан. техн. ун-та. 2012. Т. 10, № 12. С. 158-165.
10. Makvandi P., Wang C.-Y., Nazarzadeh Zare E., Bor-zacchiello A., Niu L., Tay F. Metal-based nanomaterials
in biomedical applications : Antimicrobial activity and cytotoxicity aspects // Adv. Funct. Mater. 2020. Vol. 30, № 22. DOI: 10.1002/adfm.201910021
11. Fujishima A., Zhang X. Titanium dioxide photoca-talysis : present situation and future approaches // C. R. Chimie. 2006. Vol. 9. P. 750-760.
12. DastjerdiR., MontazerM. A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles : Focus on anti-microbial properties // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2010. Vol. 79, № 1. P. 5-18.
13. Гуров А. А., Позорова С. Е. Создание полифазных керамических образцов на основе наноразмерного диоксида титана // Master's Journal. 2016. Vol. 1. P. 36-40.
14. Тучина Е. С., Гвоздев Г. А., Кособудский И. Д., Shih W.-C., Тучин В. В. Антимикробное фотодинамическое воздействие с использованием покрытий на основе наночастиц металлов (Ag, Au) // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2019. Т. 19, вып. 3. С. 322-325. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2019-19-3-322-325
15. Jing Z., Wang C., Wang G., Li W., Lu D. Preparation and antibacterial activities of undoped and palladium doped titania nanoparticles // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2010. Vol. 56. P. 121-127.
16. Sarkar A., Shchukarev A., Leino A.-R., Kordas K., Mikkola J.-P., Petrov P. O., Tuchina E. S., Popov A. P., Darvin M. E., Meinke M., Lademann J., Tuchin V. V. Photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles: effect of thermal annealing under various gaseous atmospheres // Nanotechnology. 2012. Vol. 23. P. 1-8.
17. Mohl М., Dombovari А., Tuchina E. S., Petrov P. O., Bibikova O. A., Skovorodkin I., Popov A. P., Rautio A.-R., Sarkar A., Mikkola J.-P., Huuhtanen M., Vainio S., Keiski R. L., Prilepsky A., Kukovecz A., Konya Z., Tuchin V. V., Kordas K. Titania nanofibers in gypsum composites: an antibacterial and cytotoxicology study // Journal ofMaterials Chemistry B. 2014. Vol. 2. P. 1307-1316.
18. Carneiro I., Carvalho S., Henrique R., Oliveira L., Tuchin V. Moving tissue spectral window to the deep-ultraviolet via optical clearing // J. Biophotonics. 2019. Vol. 12, № 12. P. e201900181.
19. Селифонов А. А., Тучин В. В. Управление оптическими свойствами тканей десны и дентина зуба человека на лазерных линиях в диапазоне 200-800 нм // Квантовая электроника. 2020. Т. 50, № 1. С. 47-54.
Образец для цитирования:
Тучина Е. С., Корченова М. В., Светлакова А. В., Кордас K., Тучин В. В. Новые гипс-титановые композиты для антимикробного фотокаталитического воздействия на Staphylococcus aureus // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 3. С. 324-331. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-3-324-331
New Gypsum-Titanium Composites for Antimicrobial Photocatalytic Action on Staphylococcus aureus
E. S. Tuchina, M. V. Korchenova, A. V. Svetlakova, K. Kordas, V. V. Tuchin
Elena S. Tuchina, https://orcid.org/0000-0003-4498-2846, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia, [email protected]
Mariya V. Korchenova, https://orcid.org/0000-0002-5398-4045, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia, [email protected]
Anna V. Svetlakova, https://orcid.org/0000-0002-2293-5849, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia, an-na5vetlakova@yandex. ru
Krisztian Kordas, https://orcid.org/00000-0002-7331-1278, Microelectronics Research Unit, University of Oulu, P.O. Box 4500, FIN-90014, Finland, [email protected]
Valery V. Tuchin, https://orcid.org/0000-0001-7479-2694, Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012; Tomsk State University, 36 Lenin Ave., Tomsk 634050; Institute of Problems of Precision Mechanics and Control, Russian Academy of Sciences, 24 Rabochaia St., Saratov 410056, Russia, [email protected]
The last decade has allowed the creation of new composite photo-catalytic materials with a wide range of applications. Antimicrobial coatings based on photocatalytic materials are environmentally friendly and effective for use in health care, the food industry, enterprises and service facilities. This study is devoted to the study of the antibacterial activity of gypsum-titanium nanocomposites. Titanium dioxide nanowires immobilized in gypsum, doped with palladium and supplemented with nitrogen and hydrogen, when illuminated by LED sources in the UV and violet spectral regions (365, 385, 405 nm) were tested. It was shown that materials with a high content of gypsum and doped with palladium exhibit the highest antibacterial activity (up to 90-97% of the death of the microbial population) due to better absorption of light and its diffusion. The most effective was the complex action of radiation and G-Ti-Pd-7 sample containing 10 wt.% TiO2 nanowires that were doped with nitrogen and palladium. Keywords: photocatalytic effects, UV and violet light, nanocoatings, nanoparticles, nanocomposites, gypsum, TiO2, microorganisms, methicillin-sensitive Staphylococcus aureus (MSSA), methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).
Received: 24.04.2020 / Accepted: 20.05.2020 / Published: 31.08.2020 This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0)
Acknowledgements: Authors are grateful to the staff of laboratory of microelectronics and physics of materials and laboratory of optoelectronics and technical measurements of the University of Oulu (Oulu, Finland) for the provided samples of gypsum-titanium nanocomposites; to L. E. Dolotov (Department of Optics and Biophotonics, SSU, Saratov, Russia) for helping with measurements and setting up equipment.
This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. AAAA-A18-118042790042-4) and the Basic Research Program of the Presidium of the Russian Academy of Sciences No. 32 "Nanostructures: physics, chemistry, biology. Technology Basics" (subprogram "Nanobiotechnology") for supporting research.
References
1. Reshedko G. L., Ryabkova E. L., Krechikova O. I., Sukhorukova M. V., Shevchenko O. V., Eidelshtein M. V.,
Kozlov R. S. Antibiotic resistance of gram-negative pathogens of nosocomial infections in the ICU of multi-disciplinary hospitals in Russia. Diseases and Pathogens,
2008, vol. 10, no. 2, pp. 96-112 (in Russian).
2. Thompson K.A., Bennett A. M., Walker J. T., Hosp J. Aerosol survival of Staphylococcus epidermidis. Journal of Hospital Infection, 2011, vol. 78, no. 3, pp. 216-220.
3. Martin J. K., Sheehan J. K., Bratton B. P., Moore G. M., Mateus A., Li Sh.-J., Kim H., Rabinowitz J. D., Typas A., Savitski M. M., Wilson M. Z., Gitai Z. A Dual-Mechanism Antibiotic Kills Gram-Negative Bacteria and Avoids Drug Resistance. The Cell, 2020, vol. 5. DOI: https://doi. org/10.1016/j.cell.2020.05.005
4. Lipovsky A., Nitzan Y., Friedmann H., Lubart R., Sensitivity of Staphylococcus aureus Strains to Broadband Visible Light. Photochem. Photobiol., 2009, vol. 85, no. 1, pp. 255-260.
5. Szczawinski J., Tomaszewski H., Jackowska-Tracz A., Szczawinska M.E. Survival of Staphylococcus aureus exposed to UV radiation on the surface of ceramic tiles coated with TiO2. Polish Journal of Veterinary Sciences, 2011, vol. 14, no. 1, pp. 41-46.
6. Subhi H., Reza F., Husein A., Nurul A. A. Cytotoxicity of gypsum-based biomaterial for direct pulp capping using stem cells from human exfoliated deciduous teeth. J. ConservDent., 2018, vol. 21, no. 1, pp. 21-25.
7. Nurieva E. M., Korolev E. A., Bakhtin A. I., Halliu-lin M. I., Altykis M. G., Rakhimov R. Z., Sabanina Yu. V. Comprehensive studies of the physicomechanical and structural properties of multiphase gypsum binders minerals during long-term storage. Mineralogy of Technogenesis, 2006, vol. 6, no. 1, pp. 333-339 (in Russian).
8. Fathutdinova L. M., Khaliullin T. O., Zalyalov R. R. Toxicity of artificial nanoparticles. Kazan Medical Journal,
2009, vol. 90, no. 4, pp. 578-584 (in Russian).
9. Abdullin I. Sh., Kanarskaya Z. A., Khubathuzin A. A., Kalashnikov D. I., Gatina E. B. Nanodispersed materials based on titanium oxide in the microbiological, medical and food industries. Bulletin of Kazan Technical University, 2012, vol. 10, no. 12, pp. 158-165 (in Russian).
10. Makvandi P., Wang C-Y., Nazarzadeh Zare E., Borzac-chiello A., Niu L., Tay F. Metal-based nanomaterials in biomedical applications: Antimicrobial activity and cytotoxicity aspects. Adv. Funct. Mater., 2020, vol. 30, no. 22. DOI: 10.1002/adfm.201910021
11. Fujishima A., Zhang X. Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future approaches. C. R. Chimie. 2006. vol. 9, pp. 750-760.
12. Dastjerdi R., Montazer M. A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: Focus on anti-microbial properties. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010, vol. 79, no. 1, pp. 5-18.
13. Gurov A. A., Pozorova S. E. Creating polyphase ceramic samples based on nanosized titanium dioxide. Master's Journal, 2016, vol. 1, pp. 36-40.
14. Tuchina E. S., Gvozdev G. A., Kosobudskiy I. D., Shih W.-C., Tuchin V. V. Antimicrobial Photodynamic Effects Using Coatings Based on Metal Nanoparticles (Ag, Au). Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Chemistry. Biology. Ecology, 2019, vol. 19, iss. 3, pp. 322-325 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2019-19-3-322-325
15. Jing Z., Wang C., Wang G., Li W., Lu D. Preparation and antibacterial activities of undoped and palladium doped titania nanoparticles. J. Sol-Gel Sci. Technol., 2010, vol. 56, pp. 121-127.
16. Sarkar A., Shchukarev A., Leino A.-R., Kordas K., Mikkola J.-P., Petrov P. O., Tuchina E. S., Popov A. P., Darvin M. E., Meinke M., Lademann J., Tuchin V. V. Photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles: effect of thermal annealing under various gaseous atmospheres. Nanotechnology, 2012, vol. 23, pp. 1-8.
17. Mohl M., Dombovari A., Tuchina E. S., Petrov P. O., Bibikova O. A., Skovorodkin I., Popov A. P., Rau-tio A.-R., Sarkar A., Mikkola J.-P., Huuhtanen M., Vainio S., Keiski R. L., Prilepsky A., Kukovecz A., Konya Z., Tuchin V. V., Kordas K. Titania nanofibers in gypsum composites: an antibacterial and cytotoxicology study. Journal of Materials Chemistry B, 2014, vol. 2, pp. 1307-1316.
18. Carneiro I., Carvalho S., Henrique R., Oliveira L., Tuchin V. Moving tissue spectral window to the deep-ultraviolet via optical clearing. J. Biophotonics, 2019, vol. 12, no. 12, pp. e201900181.
19. Selifonov A. A., Tuchin V. V. Control of the optical properties of gum and dentin tissue of a human tooth on laser lines in the range 200-800 nm. Quantum Electronics, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 47-54 (in Russian).
Cite this article as:
Tuchina E. S., Korchenova M. V., Svetlakova A. V., Kordas K., Tuchin V. V. New Gypsum-Titanium Composites for Antimicrobial Photocatalytic Action on Staphylococcus aureus. Izv. Saratov Univ. (N. S.), Ser. Chemistry. Biology. Ecology, 2020, vol. 20, iss. 3, pp. 324-331 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-3-324-331
