Диссертация (1091405), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Ктаким репеллентам, например, относится ряд поверхностно-активных веществ[48-57]. В указанных работах отмечается не только «отталкивающая», но ибактерицидная (биоцидная) активность некоторых ПАВ. Следовательно, привведении в полимерный материал такого ПАВ получается антибактериальнаяповерхность, совмещающая свойства высвобождающей и отталкивающей(антиадгезионной). Наибольший интерес здесь представляют катионные ПАВ— четвертичные соли аммония [48, 49, 53, 57] — количество работ, связанныхс синтезом данных соединений и изучением их антимикробной активности,весьма велико.
Тем не менее, работ, посвященных модификации полимерныхматериалов ПАВ с целью придания им антимикробных свойств не так уж имного [49, 58].Общий недостаток высвобождающе-отталкивающих поверхностей, как свеществами, вызывающими отрицательный хемотаксис, так и с веществами,блокирующимиадгезионно-активныецентрыклеток—снижениеконцентрации данных веществ в рабочей среде со временем за счет диффузии иперемешивания, подобно снижению концентрации биоцидов, вымываемых извысвобождающих поверхностей.Собственноотталкивающиеповерхности,илиантиадгезионныеповерхности — это поверхности, непригодные для прикрепления бактерий неиз-за косвенных причин, а напрямую — клеткам на них буквально не за чтозацепиться.
Практика показывает, что идеальной поверхности такого типа не24существует [1, 20]. Дело в том, что за миллиарды лет эволюции бактерии«изучили» и приспособились к огромному количеству самых разнообразныхприродных субстратов, и появление новых субстратов, созданных человеком, вбольшинстве случаев не вызывает у них затруднений при закреплении иколонизациииз-завырабатываемыхклеткамиспециализированныхбиосоединений [59, 60]. Тем не менее, различные поверхности действительноразличаются в пригодности для прикрепления бактерий, что и находитотражение в реализации антибактериальных материалов.Как было указано выше, основные инструменты адгезии бактерий — этопили и жгутики. Есть исследования, показывающие, что наличие наповерхностинеровностейпорядкаразмерапридатковспособствуетсущественному увеличению адгезии бактерий на эту поверхность посравнению с поверхностью из того же материала, но с неровностями другогопорядка размеров [61-65].
Удобным для бактерий оказывается и совпадениеразмера неровностей с размером самих клеток. Таким образом, чем болеегладкой является поверхность, тем тяжелее на ней закрепиться клеткамбактерий [62] — даже если неровности и не совпадают по размеру спридатками или самими клетками, они все равно способствуют прикреплениюклеток.Совершенно очевидно, что бактерии не могут расти и размножаться всреде, не содержащей воды [1, 2]. Поэтому кажется логичным предположить,чтообеспечениемаксимальнойгидрофобностиповерхностидолжновоспрепятствовать клеткам к ней стремиться. Но это предположение вернолишь отчасти.В работах [66, 67] рассматриваются примеры создания и использованиясупергидрофобныхповерхностейСупергидрофобнуюповерхностьгидрофобногоматериаладляуменьшенияполучаютнеровностейстрогоадгезииприданиембактерий.поверхностиопределенногоразмера,например, с помощью травления.
На поверхности образуются цилиндрические«шипы», высота которых значительно больше диаметра, и между которыми25капля воды не способна затечь. Краевой угол смачивания водой такихповерхностей близок к 180°. Тем не менее, в работе [62] указано, чтоповерхность такого типа может, наоборот, способствовать увеличению адгезиибактерий по сравнению с гладкой поверхностью. Дело в том, что важнымпринципомфункционированиясупергидрофобнойповерхностиявляетсяименно невозможность жидкости (воды) затечь в глубокие неровности, из-зачего капли лежат на кончиках «шипов».
Если материал с такой поверхностьюполностью погрузить в воду, то поверхность будет выглядеть зеркальной из-заполноговнутреннего отражения на поверхности раздела вода-воздух.Последний находится между «шипами» — куда вода не затекает из-загидрофобности материала и из-за высокого поверхностного натяжения. Тем неменее, если данный материал подержать в воде подольше, «зеркальныйэффект» пропадет, так как газы воздуха растворятся в воде. Данное явлениеможно воочию наблюдать, когда в дождь или при поливе листы садовойкапусты теряют характерный для их верхней стороны супергидрофобныйэффект, и вместо собирания в шарообразные капли вода начинает растекатьсяпо листу.
Поэтому супергидрофобный материал изначально проявляетисключительную стойкость к прикреплению бактерий, но с течением времениводоотталкивающие свойства ухудшаются из-за описанного эффекта и клеткивсе-таки начинают прикрепляться к поверхности — при условии постоянногоконтакта с зараженной водной средой. Тем не менее, с помощьюсупергидрофобных поверхностей все же удается снизить адгезию бактерий,хотя они все равно могут образовать биопленку, но рыхлую, слабоприкрепленную к поверхности и легко отделяющуюся от нее [67, 68].С другой стороны, адгезионно-активные придатки клеток имеютполярную белковую природу и являются в некотором роде гидрофильными [1].Действительно,вестественнойсредередковстречаютсянеполярныесубстраты. Получается, что материалы с гидрофобной поверхностью, а вобщем смысле, с низкой поверхностной энергией, должны быть болееустойчивы к адгезии бактерий.26Это действительно имеет место — чем ниже поверхностная энергияматериала, тем менее пригодна его поверхность к прикреплению бактерий [61,69-74].
Это объясняется уменьшением адгезионного взаимодействия полярныхфункциональныхгруппбиохимическихмалополярными или неполярнымиадгезивныхцентровклетокс(макро)молекулами материала. На этомоснован еще один подход к созданию отталкивающих поверхностей —применение материалов с возможно более низкой поверхностной энергией [75,76]. Недостаток этого подхода аналогичен таковому для супергидрофобныхповерхностей — бактерии все равно прикрепляются к поверхности, простоменее прочно и значительно медленнее, и образуют биопленку. Во многихслучаях смыв или разрушение биопленки невозможны, например, при ееформировании на внутренней поверхности долгосрочно имплантированныхтрубчатых медицинских изделий, таких как мочеточниковые стенты [77].
Втаких случаях материал должен полностью препятствовать образованиюбиопленки во избежание осложнений.Еще один способ создания отталкивающих поверхностей чрезвычайнопопулярен и связан с прививкой (графт-сополимеризацией) гидрофильноговодорастворимогополимеракповерхностикакого-либополимерногоматериала. Линейные макромолекулы привитого полимера образуют наповерхности своего рода «гребень» [78-80, 112]: они прикреплены однимконцом к макромолекулам полимера-основы (находящегося в стеклообразномили кристаллическом состоянии, либо сшитом в случае эластомера), а другойконец свободно располагается в пространстве. Из-за того, что привитойполимер растворим в воде, между его макромолекулами проникают молекулыводы, но раствориться в прямом смысле он не может, так как химическипривязан к нерастворимому полимеру-основе. Вариацией этого методаявляется применение полимера, нерастворимого, но существенно набухающеговводе.Такиепромежуточноеповерхностиположениепомеждусвоимхарактеристикамсобственнозанимаютотталкивающимии27самоочищающимися (см.
пункт 1.2.4). Пример строения макромолекулполимера на такой поверхности представлен на рисунке 1.5.Рисунок 1.5. Схема расположения привитых гидрофильных цепей намакромолекулах гидрофобного полимера (по [112]): полиэтиленгликоль сконцевыми группами олигомерного политетрафторэтилена, привитый кполистиролу.В качестве прививаемых полимеров используется целый ряд различныхполимеров, как водорастворимых, так и образующих гидрогели. Этополиэтиленгликоль и другие простые полиэфиры и их производные [81-86],полиуретаны с различнымифункциональными группамии ихблок-сополимеры с полиэфирами [87-89], различные биополимеры [90, 91], а такжесистемы из нескольких полимеров или биополимеров [89, 92].
Такиеповерхности рекомендуются для ряда изделий гигиены и медицинских изделий,в том числе контактных линз, уретральных катетеров и др. «Рыхлый»,полужидкий поверхностный слой таких материалов существенно снижаетадгезию бактерий. Интересным является применение поверхностей с привитымполимером для доставки лекарств — в массу гидрогеля вводят липосомы,например, с антибактериальным препаратом [93]. При помещении в рабочуюсреду липосомы высвобождаются из гидрогеля и попадают в среду, из котороймогут попасть в очаг инфекции и прицельно доставить препарат. В отличие отобычных высвобождающих поверхностей, это происходит быстро за счет28наличия водной среды внутри геля, и сам поверхностный слой способенсодержать в себе относительно крупные и сложные частицы, такие каклипосомы.Темнеменее,антимикробныхполужидкийимеются иповерхностей.слойневсегдаКакнегативныебылоявляетсяотзывы оботмеченодлябактерийэтомвыше,типепривитыйнепреодолимымпрепятствием к прикреплению и образованию биопленки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
