Автореферат (Эластомерные материалы на основе бутадиен-стирольных термоэластопластов с повышенной устойчивостью к образованию бактериальных биопленок), страница 4

При повторном контакте с суспензией бактерийпроисходит значительное (на 30%) увеличение числа КОЕ на поверхности покрытий,содержащих агенты, что может быть обусловлено снижением их концентрация засчет вымывания в среду при первом контакте.Однако, несмотря на значительный эффект снижения адгезии бактерий присодержании антибактериальных агентов более 0,5%, при этом существенноухудшаются физико-механические и адгезионные свойства покрытий, особенно дляДСДМАХ. Поэтому в дальнейших исследованиях использовали концентрации обоихантибактериальных агентов 0,5% масс.Совместное введение в ДСТ пластика и антибактериального агентаиспользовали с расчетом на то, что это позволит сохранить концентрацию агента всреде постоянной благодаря гидролизу поверхностного слоя за счет биоразлагаемогопластика.Показано, что введение 0,5% масс.

ТМДЭТА в ДСТ, содержащий 5% масс.ПЛА или ПГБ, снижают адгезию бактерий более чем на 50%, а 0,5% ДСДМАХ —более чем на 90% при времени контакта 2 сек. При увеличении времени контакта до1672 ч для всех испытанных материалов возрастания числа КОЕ не наблюдалось.Введение 0,5% масс. ТМДЭТА или ДСДМАХ в ДСТ, содержащий 10% ПЛА илиПГБ, привело к уменьшению числа КОЕ до нуля. После смыва клеток и повторногоконтакта с суспензией бактерий в течение 72 часов число КОЕ не изменилось.

Дляматериалов, содержащих антибактериальный агент и 10% ПЛА или ПГБ, число КОЕпо-прежнему оставалось равно нулю, то есть колонизации и образования биопленкина поверхности данных покрытий не происходило.Таким образом, материалы из ДСТ с 10% масс. ПЛА (ПГБ) и 0,5% масс.ТМДЭТА (ДСДМАХ) практически невосприимчивы к образованию биопленок.3.6. Поверхностные свойства и структура материалов из ДСТВ главе 3.6 приведены данные по исследованию структуры пленок из ДСТ,объясняющие характерные зависимости набухания в водных средах и снижениеадгезии бактерий.Для изучения структуры поверхности пленок материалов на основе ДСТиспользовали метод растровой электронной микроскопии (РЭМ), где для полученияизображения использовались сигналы, образованные вторичными электронами.На рисунке 9 представлены РЭМ-изображения поверхности пленок из ДСТ иДСТ+10%ПЛА.

Светлые области, обладающие большей плотностью, соответствуютдоменам ПС, темные — распределению эластомерной фазы ПБ.Рисунок 9. РЭМ-изображения поверхности пленок: слева — ДСТ, справа —ДСТ+10%ПЛА.ПЛА в составе композиции приводит к изменению в структуре поверхностипленки. На РЭМ-изображении ПЛА представлен в виде светлых колец. Даннаякартина постоянно изменялась, кольца находились в движении. Это связано с тем, что17при взаимодействии электронов с ПЛА происходит его разложение с мощнойэмиссией вторичных электронов, высвечивающих области разложения. Такимобразом, кольцеобразные структуры соответствуют ПЛА, который локализуется вэластомерной фазе вокруг более темных областей, соответствующих доменам ПС.Введение ТМДЭТА или ДСДМАХ не оказывает существенного влияния на состояниеповерхности на изображениях РЭМ.Для исследования структуры пленок из ДСТ, а также для изучения ихтермостойкости использовали метод термогравиметрического анализа (ТГА) винертной среде (аргон).

На дифференциальных кривых ТГА можно увидеть рядотчетливых пиков, на основании которых делали выводы о влиянии добавляемыхкомпонентов на скорость деструкции блоков ДСТ. Введение ПЛА в ДСТ приводит кснижению температуры начала разложения с 355°С до 290°С. При этом наблюдаетсяснижение скорости деструкции ПС, по-видимому, за счет взаимодействия ПЛА сблоками ПС.

Таким образом, ПЛА действительно распределяется в ДСТпреимущественно у блоков ПС. Учитывая термодинамическую несовместимостьПЛА и ПС, а также заметное уменьшение пика, относящегося к границам ПС-блоковв присутствии ПЛА, можно предположить, что частицы ПЛА распределяются вэластомерной фазе, а именно, в среде статистического бутадиен-стирольногосополимера у границ ПС-блоков.ТМДЭТА и ДСДМАХ изменяют картину, снижая скорость деструкции какДСТ, так и ПЛА. Поэтому ТМДЭТА и ДСДМАХ должны находиться во всех фазахматериала, тогда при нахождении в водной среде будет происходить вымывание(высвобождение) данных агентов из всех фаз, но преимущественно из ПЛА, гидролизкоторого будет способствовать вымыванию находящихся в его матрице агентов. Этообъясняет увеличение антибактериального действия при совместном введении ПЛА иантибактериальных агентов в ДСТ.Для изучения изменения структуры пленок из ДСТ при введении ПЛАиспользовали метод электронного парамагнитного резонанса.

В образцы пленок сразличным содержанием ПЛА при 70°С вводили спиновый зонд — стабильныйнитроксильныйрадикал2,2,6,6,-тетраметилпиперидин-1-оксила(ТЕМПО).Интенсивность вращательного движения радикала, и соответственно, молекулярнуюподвижность оценивали по времени корреляции вращения зонда τ. Изучениезависимости времени корреляции от содержания ПЛА в ДСТ показало, чтомолекулярная подвижность резко уменьшается при увеличении концентрации ПЛАболее 70% (рисунок 10), что соответствует значительному изменению физико-18механических свойств пленок при этом и говорит об обращении фаз в системеВремя корреляции, 10-10 секДСТ/ПЛА.100,0080,0060,0040,0020,000,000102030405060708090100Содержание ПЛА, % масс.Рисунок 10.Зависимость времени корреляции вращения зонда от содержанияПЛА: сплошные линии — без ТМДЭТА, штриховые — с добавлением 0,5% масс.ТМДЭТА.Введение в изучаемую систему антибактериального агента в количестве 0,5%масс.

приводит к количественным изменениям в зависимости времени корреляции отсодержания ПЛА.ТМДЭТА снижает время корреляции тем сильнее, чем выше содержание ПЛАв системе. Зависимость, полученная для системы ДСТ/ПЛА с 0,5% ДСДМАХ,аналогична таковой для ТМДЭТА. Увеличение молекулярной подвижности привведении антибактериальных агентов в систему ДСТ/ПЛА тем более существенное,чем выше содержание ПЛА. Это говорит о том, что вышеуказанные компонентыраспределяются преимущественно в фазе ПЛА, а сохранение антибактериальнойактивности покрытий при повторном контакте с суспензией бактерий можнообъяснить высвобождением антибактериальных агентов при гидролизе ПЛА.3.7. Токсикологические исследования материалов из ДСТВ главе 3.7 приведены результаты токсикологических испытаний материаловиз ДСТ.

Показано, что ни ДСТ, ни системы ДСТ/ПЛА не проявляютцитотоксического действия по отношению к модельным клеткам — мезенхимальнымстволовым клеткам костного мозга крупного рогатого скота.Материалы, содержащие ТМДЭТА и ДСДМАХ, обладают большейцитотоксичностью, чем материалы без введенных антибактериальных агентов,причем ТМДЭТА лишь на 6% увеличивает токсичность материала, а ДСДМАХ —19более чем на 20% (определено по изменению жизнеспособности клеток по сравнениюс контролем — клетками на стекле). Также следует отметить, что совместноевведение агентов и ПЛА оказывает на клетки меньшее токсическое воздействие, чемвведение только одних антибактериальных агентов.

Снижение токсичностиматериала с антибактериальным агентом при введении ПЛА составляет 5-7%.Полученные данные по цитотоксичности образцов носят оценочный характер,поскольку токсикологические требования к материалу зависят, прежде всего, отконкретного назначения. Но, тем не менее, испытанные составы обладают достаточнонизкими значениями клеточной токсичности, и их можно рекомендовать длядальнейших испытаний с целью защиты поверхности медицинских изделий отобразования бактериальных биопленок.Выводы1.

На основании анализа технических решений при изготовлении резиновыхизделий и литературных данных для защиты поверхности эластомерных изделий отобразования на ней бактериальных биопленок впервые предложено наносить на нееэластомерное покрытие, обладающее невосприимчивостью к действию бактерий.2. Изучена возможность и обоснована эффективность применения бутадиенстирольных термоэластопластов в качестве эластомерной основы дляантибактериальных эластомерных покрытий.3. Изучено влияние состава смесевого растворителя в эластомернойкомпозиции на физико-механические и адгезионные характеристики полученных изнее покрытий.4.

Установлено, что разработанный состав смесевого растворителяобеспечивает улучшенные характеристики покрытий и их стабильность независимоот условий формирования пленки.5. Впервые получены и изучены эластомерные материалы на основе смесейбутадиен-стирольного термоэластопласта ДСТ-30-01 (ДСТ) с биоразлагаемымипластиками (полилактидом и поли-3-гидроксибутиратом), проявляющие эффектсамоочищения поверхности за счет деструкции поверхностного слоя материала вводной среде, существенно снижающий адгезию бактериальных клеток (в 2-3 раза) посравнению с традиционно применяемыми эластомерными материалами медицинскогоназначения.6.

Изучена структура смесевых композитов, полученных из растворов ДСТ сбиоразлагаемыми пластиками, с привлечением методов растровой электронной20микроскопии, электронного парамагнитного резонанса, термогравиметрическогоанализа.7. Установлено, что эффект самоочищения поверхности материалов,сформированных из растворов данных полимеров, обусловлен локализациейпластиков в областях статистического сополимера стирол-бутадиен вокруг доменовполистирола, что приводит к ускоренной деструкции ДСТ в условиях контакта сводными средами.8.Изученовлияниеантибактериальныхагентов—тетраметилендиэтилентетрамина и дистеарилдиметиламмония хлорида — на свойствапокрытий.

Установлено, что эффективная концентрация данных компонентов впокрытии составляет 0,5-1 масс. % и обеспечивает существенное снижение какадгезионной способности бактериальных клеток к поверхности материала (на 6075%), так и роста, и размножения бактерий в среде, окружающей образец.9. Впервые показано, что сочетание ДСТ и биоразлагаемых пластиков сантибактериальными агентами исключает адгезию бактерий к поверхностисубстратов и образование биопленок, что достигается путем сочетанияингибирующего по отношению к клеткам действия агентов и эффекта самоочищенияповерхности материала за счет деструкции поверхностного слоя, содержащегобиоразлагаемый пластик.10. Показано, что антибактериальные покрытия из ДСТ, содержащие до 10%масс.