Диссертация (1091405), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Применениевысокогидрофильных материалов может приводить и к увеличению адгезиибактерийкповерхности[94]. Можносказать, что в ряде случаевповерхностный слой «недостаточно жидкий» для того, чтобы бактерии немогли бы за него зацепиться. При этом важную роль играет адаптация бактерийк поверхности — адгезия белка к таким поверхностям не наблюдается, нобактерии, тем не менее, к ней прикрепляются [95].1.2.4. Самоочищающиеся поверхностиСамоочищающимися(англ.self-polishingбуквальноsurfaces,«самополирующиеся поверхности») принято называть поверхности [20],которые безусловно относятся к антиадгезионным, но выделяются в отдельныйтип ввиду особенностей функционирования.
Принцип их действия основан натом, что поверхностный слой материала находится в полужидком состоянии,что мешает клеткам прикрепиться к нему. Для адгезии к поверхности клеткебактерии необходимо за что-то зацепиться. Маловязкий поверхностный слойнепригоден из-за того, что у него для этого слишком низкая вязкость, аподлежащий твердый (или высокоэластичный) слой недоступен из-за того, чтоу верхнего слоя для этого вязкость слишком высокая [20].
Получается, чтозначениевязкостиповерхностногослоядолжнолежатьвкаком-тоопределенном диапазоне значений, при котором и будет замедляться или дажепредотвращаться адгезия бактерий. Собственно термин «самоочищение»применяется к таким поверхностям из-за того, что любое движение среды29унесет клетки от поверхности, так как закрепиться на ней они не могут (хотямогут в ней увязнуть).Принцип создания самоочищающихся поверхностей заключается в том,что поверхностный слой материала медленно гидролизуется в рабочей воднойсреде, образуя переходный полужидкий слой — коллоидный и истинныйраствор неполных продуктов гидролиза, продолжающих деструктировать имедленно диффундирующих в среду [20]. Такие поверхности являются впрямом смысле самоочищающимися — их поверхностный слой постояннообновляется в рабочей среде. В отличие от предыдущего типа — привитыхвысокогидрофильных полимеров — данная поверхность при должной вязкостии условиях среды никак не может служить субстратом для бактерий.
Любоедвижение среды будет способствовать уносу продуктов гидролиза вместе сзакрепившимися(завязшими)впереходномслоеклетками.Схемасамоочищающейся поверхности с деструктирующим поверхностным слоемприведена на рисунке 1.6.Рисунок 1.6. Схема самоочищающейся поверхности с деструктирующимповерхностным слоем (по [114]): комплекс акриловых смол с триалкилоловом.Особенно перспективным считается применение покрытий с эффектомсамоочищения для защиты от обрастания микро- и макроорганизмамиподводных частей морских судов и сооружений [96-100]. Однако есть сведенияи о применении самоочищающихся материалов для медицинских изделий [101,102]. В качестве полимерной основы таких материалов используютсягидрофильныеполимеры,содержащиекомплексныеионыразличных30переходных металлов [99, 104-107] (например, комплексы олова и цинка сакриловыми смолами), модифицированные силиконовые сополимеры [100,108], уретановые сополимеры [109].
Общее количество публикаций посамоочищающимся поверхностям значительно меньше, чем по другим типамантимикробных поверхностей.Итак, используемый материал должен подвергаться эрозии в воднойсреде. Задача, решаемая при разработке материала с эффектом самоочищения,являетсядвойственной.разрушающийсяСоднойповерхностныйстороны,слойнаматериаласлишкомсмогутмедленноприкрепитьсямикроорганизмы. С другой стороны, при слишком большой скорости эрозииразрушение всего покрытия будет происходить очень быстро. Тем не менее,даже скорость эрозии поверхности в несколько десятков мкм в месяцдостаточна для того, чтобы существенно снизить адгезию бактерий [20].
Длякаждого случая адгезию бактерий к самоочищающейся поверхности нужноисследовать особо, так как состав среды и особенности ее движенияотносительно поверхности играют важную роль для эффекта самоочищения.Требуемуюэрозиюповерхностиматериаламожнореализоватьследующим способом — во первых, использовать в качестве основыполимерные материалы, склонные к гидролизу в водной среде.
Это могут быть,например, биоразлагаемые сложные полиэфиры, полиуретаны на основерастительных масел, различные полисахариды и их производные и другиеполимеры, обладающие хотя бы небольшой склонностью к гидролизу [102, 106,109, 110]. Во-вторых, данные полимеры, часто устойчивые в обычных условияхк гидролизу, следует «склонить» к нему каким-либо способом, например, путемиспользования специальных сомономеров, введения в объем полимеракатализаторов деструкции, к примеру, изменяющих pH среды непосредственноу поверхности, наночастиц и оксидов переходных металлов [110] и других.Единственнымсущественнымнедостаткомсамоочищающихсяповерхностей из материалов с гидролизующимся поверхностным слоемявляется то, что они функционируют за счет своего разрушения, и,31следовательно,ихантибактериальноедействиеограниченобуквальнотолщиной самоочищающегося слоя и скоростью его деструкции. Но, с другойстороны, разрушение поверхностного слоя открывает новые перспективы.
Аименно, позволяет ликвидировать главный недостаток высвобождающихповерхностей — снижение концентрации вымываемого биоцида в среде за счетистощения его запасов в поверхностном слое (см. пункт 1.2.1). При введениибиоцида в материал, склонный к самоочищению, происходит следующее. Еслив обычном высвобождающем материале биоцид вымывается из поверхностногослоя в среду и его концентрация затем уменьшается, так как скоростьдиффузии биоцида в водную среду значительно выше, чем скорость егодиффузии в полимерном материале.
Но если поверхностный слой материаларазрушается, концентрация биоцида всегда будет удерживаться на том жеуровне, поскольку вымывается он не за счет диффузии, а за счет деструкцииполимерной матрицы, в которой находится. Поэтому введение биоцидов илирепеллентов в самоочищающийся материал является перспективным подходомк борьбе с образованием биопленок [109, 111].С другой стороны, деструкция самоочищающегося материала влечет засобой неизбежное загрязнение среды продуктами гидролиза, которые могутбыть токсичны и экологически небезопасны, так же как и биоциды,вымываемыеизрассматриваютсявысвобождающейпреимуществаповерхности.отталкивающихВиработе[112]контакт-активныхповерхностей в сравнении с самоочищающимися и высвобождающими сэкологической точки зрения при применении для защиты от биообрастанияматериалов в море.
Применение многих составов самоочищающихся покрытийограниченоввидузагрязненияокружающейсредыорганическимисоединениями олова и других металлов [114-117].Примечательно,чтовзарубежнойпериодикесамтермин«самополирующиеся» (поверхности, покрытия, краски) стал ассоциироваться стрибутилоловом, комплексы которого с различными смолами используютсядля защиты от морского обрастания, и с загрязнением окружающей среды,32которое вызывается оловосодержащими продуктами распада таких материалов.Такая ассоциация может вызвать неверное представление о безоговорочнойвредности самоочищающихся материалов — образование токсичных продуктовраспада отнюдь не является обязательным для этого типа антимикробныхповерхностей, что иллюстрируют работы по применению в медицине.Существуют материалы, рекомендуемые для применения в медицинскихизделиях, некоторые из которых деструктируют прямо в организме человека ине вызывают каких-либо побочных эффектов, поскольку продукты ихгидролиза нетоксичны [113].
Биоразлагаемые сложные полиэфиры, из которыхвнастоящеевремяизготавливаютсаморассасывающиесяпротезы,хирургические нити и другие медицинские изделия, могут служить и основойдля самоочищающихся материалов.Итак,всечетыретипаантимикробныхповерхностейнаходятприменение, и все четыре имеют свои достоинства и недостатки. Как видно изприведенных примеров, особенно эффективными являются материалы, вкоторых комбинированы два или более типов антимикробных поверхностей,поскольку такая комбинация позволяет нивелировать недостатки, сохранивдостоинства каждого подхода. Несмотря на это, работ с комбинированнымподходом совсем немного по сравнению с работами, посвященными развитиюкакого-либо индивидуального типа антимикробной поверхности.
В работе[118] сравниваются различные антимикробные поверхности и рассматриваютсяперспективы увеличения их эффективности. Отмечается, что комбинированиеразличных типов является наиболее перспективным. В частности, приводитсяпример поверхности, сочетающей контактную активность и самоочищение[119].Отдельно нужно отметить малое количество отечественных работ поданной тематике, особенно применительно к медицинским изделиям. Крометого, все они носят эпизодический характер.331.3. Бутадиен-стирольные термоэластопластыТермоэластопластами(термопластичнымиэластомерами,ТЭП)называются эластомерные материалы, которые обладают в температурныхрежимах эксплуатации высокоэластическими свойствами, характерными дляклассических эластомеров, таких как резины, а при повышенных температурахспособны обратимо переходить в вязкотекучее состояние [121].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
