ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГАЗОВОЙ ПЛАЗМЫ НА БАКТЕРИЦИДНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИРОДНЫХ ВМС

Среди основных преимуществ такого натурального материала как кожа, выделяется его природная устойчивость к влаге и хорошая воздухопроницаемость. Наилучших результатов можно добиться, придав поверхности натуральной кожи бактерицидные и повышенные гигиенические свойства, для чего материал следует подвергнуть дополнительной специальной обработке.

В отличие от других методов модификации использование электрофизических процессов позволяет обрабатывать материалы с любыми физико-механическими и физико-химическими свойствами направленным потоком ионов и электронов. Одним из перспективных способов модификации является обработка в высокочастотном емкостном (ВЧЕ) разряде. Плазма ВЧЕ разряда эффективно и устойчиво изменяет поверхностные свойства материала, не приводит к ухудшению физико- механических характеристик в объеме образца, не нагревает материал до температуры, вызывающей его деструкцию. Изменяя параметры разряда и вид плазмообразующего газа можно управлять составом химически активных частиц и, следовательно, характером воздействия ВЧЕ разряда на материал[1].

Для модификации образцов материалов (ННТП) использовалась экспериментальная плазменная установка [2].

Целью работы являлось изучение возможности придания поверхностям натуральной кожи, обработанной в высокочастотном емкостном разряде в различных плазмообразующих газах, антимикробных свойств.

В качестве объекта исследований выбрана ортопедическая кожа овчины хромового дубления по ГОСТ 3674-74. В работе использованы плазмообразующие газы: аргон, кислород, азот. При обработке данных полученных  в  ходе  исследования  использован  ГОСТ  50779.22-2005 «Статистические методы. Статистическое представление данных. Точечная оценка и доверительный интервал для среднего». В работе применялись конфокальный лазерный микроскоп Olympus LEXT OLS 4100, оптический микроскоп OLYMPUS-BX43. Проводили измерение краевого угла смачивания, микроскопию поверхности, исследование активности микрофлоры, бактериальной зараженности образцов и устойчивость к развитию микроорганизмов на обработанных поверхностях.

Для получения образцов провели модификацию поверхности и приповерхностного слоя натуральной кожи хромового дубления в высокочастотном емкостном разряде плазмы пониженного давления. Кожа была подвергнута плазменной обработке в 2 режимах - гидрофильном и гидрофобном - в течение 5 минут. Плазмообразующими газами являлись азот, аргон и кислород. Режимы модификации и кодировка образцов приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры плазменной обработки

–      гидрофобными. Последующие результаты экспериментов обсуждаются исходя из этого заключения.

Для   исследования   активности   микрофлоры  вырезались   образцы размером 20х20 мм, и помещались в питательную среду на 21 день.

Установлено, что часть образцов (1.1, 2.1) не имеет выраженной структуры, волокна визуализируются нечетко, края имеют неровные границы, что говорит о микробной активности. Данные образцы обработаны в гидрофильном режиме, приводящем к разволокнению структуры. Это подтверждается уменьшением времени впитывания капли воды. Образцы 1.2 и 2.2, обработанные в гидрофобном режиме, обладают более плотной структурой, что сказывается на времени впитывания капли воды. Как следует из микрофотографий  образцов модифицированных в кислородсодержащей плазме в гидрофильном режиме обработки, образцы 3.1      и 3.2 имеют примерно одинаковую степень рыхлости структуры и отсутствие четко выраженных  краев.

Обработка  кожи   в   кислородсодержащей плазме   с параметрами Р=50 Па, W=5 кВ, I= 0,6 А не приводит к гидрофобизации образца. Гидрофильная поверхность и приповерхностный слой создают доступные области для микроорганизмов за счет разволокнения структуры (рис.2 д) и е)). Гидрофильные образцы имеют неровный край (лицевую поверхность), это подтверждает активность микроорганизмов. Исследование бактериальной зараженности образцов показало, что все поверхности так или иначе поражены микроорганизмами. Учитывая стерильность посуды и воды, а также то, что после обработки в ВЧ плазме образцы были помещены в индивидуальные пакеты, можно говорить о присутствии на обработанных поверхностях материала спор в разных количествах. Наиболее подвержена поверхностному поражению поверхность образцов 3.2. Несмотря на установленную гидрофильность режима 3.1 внешне поверхность образцов выглядит иначе, значительно меньше подвержена плесневению, т.е. рост микроорганизмов не зависит напрямую от гидрофильности/гидрофобности поверхности, а определенную роль играют напряжение и сила тока при обработке.

Наиболее чистыми от видимого присутствия микроорганизмов являются образцы с гидрофобной поверхностью, гидрофобизация поверхности сообщает ей некоторые антимикробные свойства, т.к. эти микроорганизмы наиболее хорошо размножаются во влажной среде. Также водоотталкивающая поверхность не позволяет микроорганизмам прочно закрепиться на ней, снижается адгезионная способность микроорганизмов.

Таким образом, оценка поверхностей, длительное время контактировавших с питательной средой показала, что независимо от плазменной модификации и смачиваемости поверхности, все образцы подвержены микробиологическому поражению. Различие в основном составляет вид колоний микроорганизмов. Так, в гидрофильных образцах в основном преобладают колонии плесневых грибов, в гидрофобных – биопленки. Натуральная кожа при повышенной влажности подвержена воздействию микроорганизмов, что связано с ухудшением качества материала и может привести к его разрушению. Клетки микроорганизмов прикрепляются к поверхности материалов по-разному: одни боковой стороной, другие боковой стороной и полюсом. Удерживающая сила поверхностей зависит также от степени их шероховатости и гидрофильности. Увеличение этих свойств может приводить к повышению адгезии микроорганизмов. При отсутствии адгезии бактерий к поверхности твердого тела колонизации бактерий не происходит. Управлять адгезией бактерий можно с помощью параметров поверхности материала, например смачиваемостью. Поскольку бактерии эффективней адсорбируются на гидрофобных поверхностях, то создание гидрофильной поверхности может уменьшить вероятность бактериального заражения [3].

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ, проект № 1779 от 01.12.14.

Список литературы

1. Абдуллин И.Ш. Высокочастотная плазменно – струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения/ И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов– Казань: Изд – во Казан. ун –та, 2000. –348 с.

2. ГребенщиковаМ.М. Исследование влияния параметров модификации на свойства натурального полимера/М.М.Гребенщикова, Е.А. Ванюкова, О.Н., И.Ш. Абдуллин.-Всероссийская (с международным участием) конференция "Физика низкотемпературной плазмы" ФНТП-2014 и Международная научная школа молодых ученых и специалистов "Плазменные технологии в исследовании и получении новых материалов": сборник материалов; М-во образ.и науки России, Казан.нац.исслед.технол.ун-т. -Казань: Изд-во КНИТУ, 2014. -С.96-98

3. Сухорукова И. В. Создание биоактивных покрытий  TiCaPCON/(Ag, аугментин) с антибактериальным эффектом : автореф. дис. кан. тех. наук / И.В. Сухорукова. – Москва, 2015. – 18 с.