CC BY
15
УДК579.2; 617.3; 675.07
М. М. Гребенщикова, Е. А. Ванюкова, Л. М. Хайдарова, И. Ш. Абдуллин
ВОЗДЕЙСТВИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СЛОЕВ КОНДЕНСИРОВАННЫХ
ИЗ ПЛАЗМЕННОЙ ФАЗЫ НА БАКТЕРИОСТАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ КОЖИ
Ключевые слова: микробиологическая активность, ортопедическая кожа, хромовое дубление, плазмоконденсаты металлов,
патогенная микрофлора, фунгициды.
Проведен ряд исследований микробиологической активности ортопедической кожи, модифицированной с применением плазменных технологий. Апробирована методика определения микробиологической активности покрытий на натуральной коллагеновой подложке. Определено, что рост микроорганизмов зависит от рода микрокультуры и от вида обработки кожи.
Keywords: microbiological activity, orthopedic skin, chromic tanning, plazmokondensata of metals, pathogenic microflora, fungicides.
A number of researches of microbiological activity of the orthopedic skin modified with application ofplasma technologies is carried out. The technique of determination of microbiological activity of coverings on a natural collagenic substrate is approved. It is defined that growth of microorganisms at a termostatirovaniye depends on a sort of microculture and on a type of processing of skin.
Традиционные способы достижения антимикробных свойств на основе воздействия химическими препаратами в настоящее время считаются устаревшими. Натуральная кожа, вырабатываемая кожевенной промышленностью, не отвечает всем необходимым требованиям, предъявляемым ей как материалу для ортопедии, при изготовлении на ее основе изделий медицинской промышленности, а так же для целей кожевенной промышленности.
На сегодняшний день актуальным направлением для кожевенного производства является исследование возможности нанесения различных покрытий на поверхность натуральной кожи с целью изменения ее свойств в заданном направлении [1].
В медицине, в частности, ортопедии, основной задачей является совмещение важнейших свойств материалов медицинского назначения -биологической совместимости и антимикробных свойств в одном материале, с сохранением гигиенических и эксплуатационных свойств материала.
В качестве нового способа обработки материала представляет особый интерес способ конденсации из плазменной фазы, как эффективный, экологичный и высокотехнологичный.
Целью работы является исследование бактерицидных и бактериостатических свойств кожевенного материала, полученного конденсацией нанос-лоев из плазменной фазы на натуральную кожу, применяемую в ортопедии.
Основным объектом исследований выбрана кожа натуральная по ГОСТ 3674-74 «Кожа хромовая для протезов и деталей музыкальных инструмен-тов»[2], а так же синтезированные в пароплазменной фазе металлоподобные материалы на основе нитридов металлов. Хромовая кожа предназначена для изготовления протезно-ортопедических, бандажных и других изделий протезной промышленности.
Режимы нанесения покрытий представлены в табл. 1.
Для установления зависимости воздействия покрытий на различные характеристики натураль-
ной кожи, проведено исследование химического состава, физико-механических свойств, микробиологической активности образцов и рентгенофлуо-ресцентный анализ.
Таблица 1 - Режимы нанесения покрытий
Режим нанесения Материал покрытия
Uon = 0 В; t = 150 сек; 1исп — 75 А; P = 1,33 Па Cu
Uon = 0 В; t = 40 сек; 1исп = 60 А; P = 0,13 Па TiN
Uon = 0 В; t = 150 сек; 1исп = 75 А; P = 0,13 Па HfN
Основные физико-механические и химические показатели кожи представлены в табл. 2.
Некоторое уменьшение массовой доли влаги во всех образцах кожи с покрытием связано с условиями нанесения металлоподобных слоев. При понижении давления и увеличении температуры в вакуумной камере происходит активное испарение влаги из натуральной кожи. Остальные показатели (массовые доли золы и окиси хрома) сохраняются на одном уровне с контрольными образцами и не противоречат ГОСТ 3674-74.Нанесение покрытий конденсацией из плазменной фазы уменьшает предел прочности при растяжении, однако данный показатель сохраняется в пределах ГОСТ 3674-74.
При этом относительное удлинение возрастает у образцов с медным покрытием и несколько ухудшается у образцов с нитридными покрытиями. Показатель, также, сохраняется в пределах ГОСТ.
Наиболее высокая (104 °С) температура сваривания у контрольного образца, т.е. образца, не подвергшегося плазменной обработке. Наименьшая температура сваривания (93 °С) - у образцов с ме-
таллическим покрытием из нитрида титана. Падение температуры сваривания на 10 °С может быть связано с разделением структуры дермы вследствие температурного воздействия, а также вследствие резкого повышения температуры в вакуумной камере при повышении опорного напряжения. Некоторое понижение температуры сваривания может быть связано с проникновением частиц металлов в толщу дермы.
Таблица 2 - Результаты исследования некоторых характеристик образцов
Наименование показателля I II IV V
Температура сваривания кожи,0С 7 3 6 04 Не нормируется
Массовая доля влаги в коже , % 8,30 9,3 5 9,90 10,10 Не более 16
Массовая доля окиси хрома, % 5,31 5,2 6 5,10 5,80 Не менее 4,3
Массовая доля золы, % 5,64 5,6 7 6,35 6,04 Не более 7
Прочность при разрыве, МПа 4,45 0,7 6 2,30 1,70 от 10 до 20
Относительное удлинение, % 6,30 6,2 0 00 3,70 Не менее 45
Относительная паропроницае-мость, % 8,59 0,0 6 6,58 0,39 Не нормируется
I Образец обработанный HfN
II Образец обработанный TiN
III Образец обработанный Cu
IV Контроль
V ГОСТ
Нанесение плазменных конденсатов на натуральную кожу проводится с целью разработки технологии получения кожевенного материала с заданными свойствами. Среди таких свойств можно отметить микробиологическую активность натуральной кожи, что актуально для кожевенной промышленности и ортопедического производства[3].
Для исследования разработана методика, по которой образцы после измельчения увлажняли дистиллированной водой и термостатировали в стеклянной посуде в течение определенного времени. Результаты наблюдений занесены в табл 3.
По истечении 10 суток установлено, что контрольный образец со всех сторон имеет следы грибниц плесневых грибов, предположительно Muco-rorales и Aspergillus. Образец с медным покрытием введен в эксперимент как заведомо обладающий токсичным действием, для сравнения эффектов.
Установлено, что наличие наноструктуриро-ванного покрытия из нитрида титана не оказывает влияния на рост плесневых грибов по сравнению с контролем, что косвенно свидетельствует о его инертности. Покрытие из нитрида гафния обладает некоторой фунгицидной активностью в сравнении с медным покрытием.
Исследована микробиологическая активность образцов в отношении дрожжевой культуры в питательной среде Сабуро. Посев дрожжей на среду проводили сплошным ковром, сверху расположили
образцы. Контролем служила натуральная кожа без покрытия. Результаты исследования иллюстрируют рис. 1 и 2.
Таблица 3 - Рост колоний микроорганизмов, определенный визуально
Время термотати-зова-ния
0 суток
2 суток
3 суток
9 суток
О
О
О
О
образцы измельченные, размер 25 мм , масса 4 г, увлажнение - дистиллированная вода
Следов плесневой активности не наблюдается
без изменения
без изменения
е в о
с
JS £3 ен ен
вк
а
а н
s
л
б а
н о
нр
и W в о
к с
8 Ö к р
1 в
и ° а «
И О
р
3 с?
S к
^ S3 % и
л а в т
8 « & I
еи к Р ос ро
р ер
в о
с
о в е
тр ну
в а н
К
ае анти
сок
ен
утр
ну
я g
т с о
л ер
в о
С
«
о в о к о б и
«
а б
Рис. 1 - Зоны задержки роста контрольных образцов а) до промывки; б) после промывки
а б
Рис. 2 - Зоны задержки роста образцов с покрытием а) нитрид титана; б) нитрид гафния
По истечении 2 суток проведена оценка результатов. Сравнивали активность роста дрожжевых
HfN
TiN
Cu
2
колоний на образцах с покрытием из меди, нитрида титана и гафния и образцах, прошедших предварительную промывку с теми же покрытиями. Установлено, что дрожжевая культура обладает наименьшей активностью на образцах с медными покрытиями на коже, не прошедшей предварительную промывку. Существенное отличие в микробиологической активности обнаружено у образцов, прошедших предварительную промывку.
Исследовали взаимодействие образцов кожи с различными покрытиями с микрокультурамиБасШш и Candida. По истечении 15 и 30 суток было проведено измерение оптической плотности культураль-ных жидкостей исследуемых образцов
Оптическая плотность образцов с бациллами с течением времени увеличивалась, что свидетельствует о росте микроорганизмов. Но оптическая плотность жидкости с образцами с покрытиями HfN и Cu резко уменьшилась, по сравнению с начальным измерением оптической плотности.
Наблюдается очень резкий скачок изначальной оптической плотности с кандидами через 15 дней - увеличение в 4-5 раз. Но так же наблюдается и спад роста микроорганизмов с 15 на 30 день исследования. Это, возможно, связано с тем, что питательная среда закончилась и микроорганизмы начали погибать.
Анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании различных характеристик образцов кожевенных материалов с покрытием, показал:
1) В результате конденсации металлоподоб-ных покрытий из плазменной фазы основные физико-механические показатели, а также химический состав образцов изменяются в пределах ошибки
2) Конденсация металлоподобных покрытий на натуральную кожу не нарушает структуру капиллярно-пористого тела, не уменьшает объем пор на поверхности и не снижает влаго- и парообменные процессы натурального кожевенного материала;
3) Апробирована методика определения микробиологической активности покрытий на натуральной коллагеновой подложке. Установлено, что покрытие из нитрида титана не влияет на рост микроорганизмов (плесневых грибов), т.е. покрытие проявляет инертность по отношению к живым организмам. Образец с медным покрытием, введенный в эксперимент как заведомо обладающий токсичным действием, для сравнения эффектов, показал характерную картину токсичности с ростом малого количества микроорганизмов на внутренней поверхности образцов.
4) Установлено, что дрожжевая культура обладает наименьшей активностью на образцах с медными покрытиями на коже, не прошедшей предварительную промывку. Существенное отличие в микробиологической активности обнаружено у образцов, прошедших предварительную промывку.
Литература
1.Гребенщикова М.М. Новые материалы с биологической совместимостью и бактериостатическими свой-ствами/М.М. Гребенщикова, И.Ш. Абдуллин//Научная сессия КГТУ 2010г.
2. ГОСТ 367474 Кожа хромовая для протезов и деталей музыкальных инструментов // М: Изд-во стандар-тов,1998.- 5с.
3. Гребенщикова М.М. Антимикробные свойства конденсатов нитридов и металлов четвертой группы / М.М. Гребенщикова, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского Государственного Технологического Университета. - 2010. - № 11 - С. 548
© М. М. Гребенщикова - канд. техн. наук, доцент кафедры ПНТВМ КНИТУ, [email protected]; Е. А Ваню-кова - аспирант кафедры ПНТВМ КНИТУ, [email protected]; Л. М. Хайдарова - канд. техн. наук, директор ООО «Руно»; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой ПНТВМ КНИТУ.
© M. M. Grebenshchikova - ph.D., Associate Professor at The Department of Plasma Technology and Nanotechnology of High Molecular Weight Materials of KNRTU; L. M. Khaidarova - ph.D., headmaster of LLC «Runo»; E. A. Vanukova - Postgraduate at the Department of Plasma Technology and Nanotechnology of High Molecular Weight Materials of KNRTU; I. Sh. Abdullin - Full D., Chair of the Department of Plasma Technology and Nanotechnology of High Molecular Weight Materials of KNRTU.
