Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок

Досліджено комплекс властивостей активованого вуглецевого волокнистого наноструктурного матеріалу (АВВНМ), розробленого авторами, як фільтрувального прошарку багаторазових захисних масок для обличчя. Показано, що АВВНМ притаманна висока здатність до поглинання основних забруднювачів довкілля (фенол...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2021
Hauptverfasser:	Кононко, І.В., Бошицька, Н.В., Сергєєв, В.П., Кліпов, В.Д., Кононко, Н.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2021
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Матеріалознавство
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184820
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок / І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 6. — С. 78-86. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184820
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1848202025-02-09T13:59:15Z Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок Carbon nanostructured material for multiple protective masks Кононко, І.В. Бошицька, Н.В. Сергєєв, В.П. Кліпов, В.Д. Кононко, Н.В. Матеріалознавство Досліджено комплекс властивостей активованого вуглецевого волокнистого наноструктурного матеріалу (АВВНМ), розробленого авторами, як фільтрувального прошарку багаторазових захисних масок для обличчя. Показано, що АВВНМ притаманна висока здатність до поглинання основних забруднювачів довкілля (фенолу; металів Pb²⁺, Sr²⁺, Cu²⁺, Ni¹⁺, Co²⁺, Al³⁺, Cs²⁺; хлорпохідних; радіоактивних легких продуктів поділу та ін.) і речовин білкової природи. Встановлено, що АВВНМ виявляє бактеріостатичні властивості, які можуть бути трансформовані в бактерицидні шляхом нанесення на його поверхню біологічно активних речовин. Доведено, що АВВНМ відповідає вимогам до медичних матеріалів і може бути рекомендований для виготовлення масок для захисту органів дихання. The complex of properties of the activated carbon fiber nanostructured material (AVVNM) developed by the authors as a filter layer of multiple protective face masks has been investigate. It is shown that AVVNM has a high ability to absorb the main environmental pollutants (phenol; metals Pb²⁺, Sr²⁺, Cu²⁺, Ni¹⁺, Co²⁺, Al³⁺, Cs²⁺; chlorine derivatives; radioactive volatile decay products, etc.) and substances of the protein nature. It has been established that AVVNM exhibits the bacteriostatic properties which can be transformed into bacteri cidal ones by applying the biologically active substances on the material surface. It is proved that AVVNM meets the requirements for medical materials and can be recommended for the manufacture of protective masks. 2021 Article Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок / І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 6. — С. 78-86. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.06.078 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184820 661.183.1+615.47 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Матеріалознавство Матеріалознавство
spellingShingle	Матеріалознавство Матеріалознавство Кононко, І.В. Бошицька, Н.В. Сергєєв, В.П. Кліпов, В.Д. Кононко, Н.В. Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок Доповіді НАН України
description	Досліджено комплекс властивостей активованого вуглецевого волокнистого наноструктурного матеріалу (АВВНМ), розробленого авторами, як фільтрувального прошарку багаторазових захисних масок для обличчя. Показано, що АВВНМ притаманна висока здатність до поглинання основних забруднювачів довкілля (фенолу; металів Pb²⁺, Sr²⁺, Cu²⁺, Ni¹⁺, Co²⁺, Al³⁺, Cs²⁺; хлорпохідних; радіоактивних легких продуктів поділу та ін.) і речовин білкової природи. Встановлено, що АВВНМ виявляє бактеріостатичні властивості, які можуть бути трансформовані в бактерицидні шляхом нанесення на його поверхню біологічно активних речовин. Доведено, що АВВНМ відповідає вимогам до медичних матеріалів і може бути рекомендований для виготовлення масок для захисту органів дихання.
format	Article
author	Кононко, І.В. Бошицька, Н.В. Сергєєв, В.П. Кліпов, В.Д. Кононко, Н.В.
author_facet	Кононко, І.В. Бошицька, Н.В. Сергєєв, В.П. Кліпов, В.Д. Кононко, Н.В.
author_sort	Кононко, І.В.
title	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок
title_short	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок
title_full	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок
title_fullStr	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок
title_full_unstemmed	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок
title_sort	вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2021
topic_facet	Матеріалознавство
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184820
citation_txt	Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок / І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 6. — С. 78-86. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT kononkoív vuglecevijnanostrukturnijmateríaldlâbagatorazovihzahisnihmasok AT bošicʹkanv vuglecevijnanostrukturnijmateríaldlâbagatorazovihzahisnihmasok AT sergêêvvp vuglecevijnanostrukturnijmateríaldlâbagatorazovihzahisnihmasok AT klípovvd vuglecevijnanostrukturnijmateríaldlâbagatorazovihzahisnihmasok AT kononkonv vuglecevijnanostrukturnijmateríaldlâbagatorazovihzahisnihmasok AT kononkoív carbonnanostructuredmaterialformultipleprotectivemasks AT bošicʹkanv carbonnanostructuredmaterialformultipleprotectivemasks AT sergêêvvp carbonnanostructuredmaterialformultipleprotectivemasks AT klípovvd carbonnanostructuredmaterialformultipleprotectivemasks AT kononkonv carbonnanostructuredmaterialformultipleprotectivemasks
first_indexed	2025-11-26T14:49:26Z
last_indexed	2025-11-26T14:49:26Z
_version_	1849864820575174656
fulltext	78 МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО MATERIALS SCIENCE ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 6: 78—86 Ц и т у в а н н я: Кононко І.В., Бошицька Н.В., Сергєєв В.П., Кліпов В.Д., Кононко Н.В. Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 6. С. 78—86. https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.06.078 Створення сучасних захисних масок для обличчя в умовах всесвітньої пандемії та еколо- гічних катастроф є надзвичайно актуальним. Сьогодні вчені всього світу активно працю- ють над розробкою ефективних захисних масок для боротьби з поширенням коронавірусу SARS-CoV-2. Встановлено, що високий рівень забруднення повітря є фактором підвищен- ня ризику смертності від COVID-19. Так, вчені Гарвардського університету стверджують, що повітря з дрібними частинками спричиняє підвищення смертності від COVID-19 на 15 %. Подібні дослідження проведені і в Італії, результати яких свідчать про вищу смерт- ність від COVID-19 у забруднених районах Ломбардія та Емілія-Романья (12 % проти 4,5 % в інших районах) [1]. Зважаючи на вищезгадане, розробляючи захисні маски для обличчя, https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.06.078 УДК 661.183.1+615.47 І.В. Кононко, https://orcid.org/0000-0003-1976-7116 Н.В. Бошицька, https://orcid.org/0000-0003-2241-1161 В.П. Сергєєв, https://orcid.org/0000-0001-9417-2548 В.Д. Кліпов, https://orcid.org/0000-0002-5634-1512 Н.В. Кононко, https://orcid.org/0000-0002-5634-1512 Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ E-mail: nata25lia@gmail.com Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок Представлено академіком НАН України С.О. Фірстовим Досліджено комплекс властивостей активованого вуглецевого волокнистого наноструктурного матеріалу (АВВНМ), розробленого авторами, як фільтрувального прошарку багаторазових захисних масок для об- личчя. Показано, що АВВНМ притаманна висока здатність до поглинання основних забруднювачів довкілля (фенолу; металів Pb2+, Sr2+, Cu2+, Ni1+, Co2+, Al3+, Cs2+; хлорпохідних; радіоактивних легких продуктів по- ділу та ін.) і речовин білкової природи. Встановлено, що АВВНМ виявляє бактеріостатичні властивос ті, які можуть бути трансформовані в бактерицидні шляхом нанесення на його поверхню біологічно ак тивних речовин. Доведено, що АВВНМ відповідає вимогам до медичних матеріалів і може бути реко мен до ваний для виготовлення масок для захисту органів дихання. Ключові слова: маски для захисту органів дихання, активований вуглецевий волокнистий нанострук- турний матеріал, фізико-хімічні властивості. 79ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 6 Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок доцільно вибирати фільтрувальні матеріали, здатні максимально затримувати надходження з повітря до організму як вірусів та бактерій, так і промислових забруднювачів хімічної та фізичної природи (сполук важких металів, фенолу, формальдегіду, хлору та його сполук; радіоактивних летких продуктів поділу; шматочків сажі, асфальту, пилу, кіптяви тощо) [2]. Також треба враховувати сезонні пилкові алергени та мікроорганізми, що з’являються в по- вітрі ранньою весною — пилок дерев, злаків, бур’янів та спори пліснявих грибів. У сільській місцевості у повітрі присутні ще й викиди тваринництва – додатковий різновид біологічно- го забруднення повітря (органічний пил, токсини від мікроорганізмів та гази — аміак і метан. За даними Air Quality Index (AQI) найбільшу концентрацію складають забруднювачі PM2.5 та PM10. Це пил розміром 2,5—10 нм, що являє собою суміш неорганічних іонів, дрібні краплі води, метали, вуглеводні [2]. Частинки такого пилу практично не осідають, а зависають у повітрі, легко проходять крізь біологічні бар’єри в організм — носову порожни- ну, верхні дихальні шляхи, бронхи, альвеоли, пошкоджують легені та проникають у крово- носну систему. Ці аерозольні частинки відіграють ключову роль у поширенні інфекції [3]. Мікроорганізми, зокрема новий коронавірус, у повітрі теж знаходяться в стані аерозолю — у складі колоїдної системи з повітря, крапель рідини або твердих частинок (до трьох годин після кашлю чи чхання інфікованих). Захисні маски (напівмаски), медичні (хірургічні, процедурні) та повсякденні для ін- дивідуального використання — універсальний засіб захисту органів дихання від різних за- бруднювачів повітря з ефективністю від 20 % до 90 % [4]. Вимоги до медичних масок викла- дені в ДСТУ EN 14683:2014; 136:2003; 140:2004 та ДСТУ ISO серій 10993; 11737; 22609; 9001; директиві 93/42/ЕЕС тощо. Вибираючи матеріали фільтра та прошарків, особливу увагу потрібно приділяти ступеню чистоти (відсутності твердих частинок, мікроорганіз- мів та органічних залишків). Окрім цього, важливими є гіпоалергенність, біосумісність, по- вітропроникність і відсутність запаху, стійкість до бризок біологічних речовин та рідин, ефективність бактеріальної фільтрації. Керуючись цими вказівками, для виготовлення масок зазвичай застосовують такі матеріали: марля; щільні натуральні волокна — бавовна, шовк, фланель; неткані синтетичні матеріали неопрен та мельтблаун; поліпропіленовий матеріал спанбонд та ін. Останнім часом для виготовлення захисних масок почали застосовувати вуглецеві ма- теріали, як один із прошарків виробу. Серед них — наноматеріали з широким спектром на- ноформ, які значно розширюють можливості сорбції. Так, відомі маски та респіратори ки- тайського виробництва фірм “Nefoume”, “Axon”, “Doctor mask” та “Лататана”, до складу яких входять активовані вуглецеві волокна (АВВ), та захисні маски вітчизняного вироб ництва (пат. 70129 Україна. Захисна маска. Опубл. 15.09.2004; пат. 60425 Україна. Лицьова маска для захисту органів дихання. Опубл. 25.06.2011) і три- та п’ятишарові маски “Megalogic”. Є відомості, що вугільний фільтр підвищує захисні властивості масок щодо бактерій (до 90 %), пилу, алергенів пилку, шкідливих газів (бензол, аміак, формальдегід) та ін. Вста новлено [5], що вуглецевмісні матеріали (графіт, ВНТ, наноалмази та алмазна шихта) здатні також взаємодіяти з вірусами грипу А і В, поліомієліту, бактеріофагами та вида- ляти їх з розчину. Для покращення біоспецифічних властивостей інколи проводять модифікацію фільт- рувального (зокрема, вуглецевого) прошарку масок і респіраторів іонами та наночастин- 80 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 6 І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко ками благородних металів, здебільшого сріблом (пат. 49742 Україна. Спосіб додання за- хисним маскам антимікробних властивостей. Опубл. 11.05.2010; пат. 49744 Україна. Ли- цьова маска для захисту від вірусних і бактерійних збудників хвороб. Опубл. 11.05.2010; пат. 50693 Україна. Медична маска. Опубл. 25.06.2010). Відомо, що срібло є безпечним і натуральним антисептиком, який пригнічує понад 700 видів хвороботворних мікроорга- нізмів, серед яких стафілококи, стрептококи, бактерії дизентерії, черевного тифу та ін. [6]. Досліджено також основні закономірності адсорбції вірусу грипу (штам А/Ленінград/125/ 84/H1N1) на металізованих АВВ [7]. Встановлено, що срібловмісні волокна здатні сорбу- вати віруси грипу в прямій залежності від вмісту металу на сорбентах (підвищується сорб- ція та вибірковість сорбції вірусів грипу). Активований вуглеволокнистий наноструктурний матеріал (АВВНМ), створений в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, з рядом унікаль- них властивостей (гіпоалергенність, атоксичність, біосумісність, повітропроникність, від- сутність запаху) [8] є перспективним для розробки захисних масок. Мета роботи — оцінити можливість використання АВВНМ для створення ефектив- ної, з підвищеним ресурсом, багаторазової захисної маски для обличчя; проаналізувати та узагальнити властивості АВВНМ як фільтрувального прошарку маски. Методи та матеріали. За об’єкт дослідження вибрано зразок АВВНМ з об’ємною єм- ністю (Vs) 1,0 см3/г, виготовлений у вигляді тканини, що відкриває можливість для його технологічного використання як матеріалу масок. АВВНМ містить у своїй структурі нано- цибулини, нанографіт, нановолокна, нанотрубки, нанонитки [9]. Для порівняння викорис- товували матеріали: карболен (активоване березове вугілля), графітову тканину ТГН-2МК (РФ), СКН (вуглецевий синтетичний сорбент на основі полімерних смол), волокнистий вуглецевий сорбент актилен (НДІ “Хімволокно”), УУТ-2 (ТУ 6-06-492-75) та марлю ме- дичну (ГОСТ 9412-93). Мікроструктуру зразків досліджували за допомогою сканувального електронного мі- кроскопа (рентгенівський мікроаналізатор “Superprobe-733”, JEOL, Японія). Приск рю- вальна напруга 25 кВ. Роздільна здатність 100 нм. З метою встановлення складу хімічних елементів було проведено енергодисперсійний рентгенівський аналіз зразків. Питомий електроопір визначали за нестандартною, розроб- леною авторами методикою за допомогою моста постійного струму МО-62. Протимікробну активність АВВНМ вивчали in vitro відносно санітарно-показових клі- нічних штамів бактерій: Escherichia coli (серотип 0 ІІІ В:4, регламентований ГОСТ 2874-82 “Вода питна”), Staрhylocoсcus aureus (серотип 5 CP5) та Pseudomonas aeroginosa (серотип O5 PAO1) з розрахунку 2 ·105 КУО/л (колонієутворювальних одиниць). Кінетику від ми- рання мікроорганізмів досліджено у дехлорованій, контамінованій добовою культурою кишкової палички, воді в присутності зразків АВВНМ та АВВНМ-Ag (2 ·2 см2). Срібло наносили на зразок з водного розчину нітрату срібла. Через 0,5; 1 та 2 год контакту суспен- зію висівали на щільне живильне середовище в чашках Петрі. Посіви витримували в тер- мостаті 24 год при температурі 37 оС і визначали діаметр зони затримки росту бактерій. Контролем були посіви проб води, що не контактували з АВВНМ та АВВНМ-Ag. Для статистичної обробки результатів використовували програмиу Microsoft Excel, достовірність результатів визначали за t-критерієм Стьюдента. 81ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 6 Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок Результати та їх обговорення. В наших попередніх дослідженнях встановлені власти- вості АВВНМ, корисні у виготовленні захисних масок: мала вага, низька поверхнева щіль- ність, високорозвинена пориста поверхня, нановимірна структура, високі атмосферостій- кість, хімічна, термічна та радіаційна стійкість, біостійкість та біоінертність [9]. АВВНМ за рядом своїх механічних властивостей (міцність на розрив та розривна деформація, виз- начені згідно з ГОСТ 29104.4-91, а також еластичність) наближається до якості традицій- них перев’язувальних матеріалів. Окрім того, ми встановили достатній ступінь чистоти АВВНМ, відсутність твердих частинок, мікроорганізмів та органічних шкідливих домішок, що має велике значення для біосумісності матеріалу (рис. 1). Хімічний склад АВВНМ об- межується вуглецем — 96,32—97,738 %; золою — 0,162—1,576 %; гідрогеном — 0,6 %; окси- геном — 0,8 % і SiO2 — 0,7 %. Для тканини масок важливим є можливість фільтрації повітря завдяки її повітропро- никності, капілярності, гігроскопічності тощо, а також сорбційній активності (здатності по- глинати забруднювачі повітря). Так, показники капілярності та гігроскопічності АВВНМ у 3—3,5 раза перевищують аналогічні показники для марлі. Аеродинамічний опір матеріалу також є важливою характеристикою для виготовлення адсорбційних систем. Встановлено, що цей показник у АВВНМ удвічі нижчий, ніж у активованого вугілля марки СКТ-3 [10], що свідчить про кращу повітропроникність і уможливлює ефективне використання АВВНМ у масках, респіраторах, протигазах та інших фільтрувальних системах. Відомо, що нано струк- турні сорбенти (до яких належить і АВВНМ) з високим співвідношенням поверхні та об’є- му й контрольованими хімічними властивостями поверхні не мають обмежень, прита- манних традиційним сорбентам. Так, у наших попередніх дослідженнях зафіксована висока здатність АВВНМ до поглинання основних забруднювачів довкілля (фенолу; важких та токсичних металів Pb2+, Sr2+, Cu2+, Ni1+, Co2+, Al3+, Cs2+; хлору та хлорпохідних; радіоак- тивних летких продуктів поділу — парів йоду та йодистого метилу) [9]. Нами також визначено, що мікроструктура АВВНМ обмежується здебільшого мікро- та мезопорами (до ~200 нм), які складають основну масу поверхні АВВНМ. Від наявності пор різного розміру залежить вибірковий характер сорбції високо-, середньо- та низькомо- лекулярних сполук. Зокрема, мікропорам властивий підвищений адсорбційний потенціал щодо дрібних молекул, тому молекули газів та парів ефективніше сорбуються в мікропо рах АВВНМ, сумірних з ними за розмірами [9]. Мезопори більш доступні забруднювачам ат- Рис. 1. Морфологія зразка АВВНМ (різне збільшення) та аналіз домішок у волокні в окремо взятих точках 82 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 6 І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко мосфери PM2.5 та PM10 (2,5—10 нм) і вірусу COVID-19 (розмір 100—120 нм), що надає перспективи у вико- ристанні АВВНМ для виготовлення захисної маски широкого спектра дії. Позаяк біологічні забруднювачі атмосферного повітря (пилкові зерна, спори пліснявих грибів, ор- ганічний пил та токсини мікроорганізмів) мають зде- більшого білкову природу, тому ефективність їхньої сорбції на АВВНМ ми оцінювали за ступенем погли- нання альбумінів, гамма-глобулінів, ферментів [11]. Встановлено, що досліджуваний вуглецевий матеріал зв’язує білки міцніше за інші полімерні матеріали. Щоб оцінити сорбційну активність АВВНМ від- носно мікроорганізмів, визначали ефективність сорб- ції бактерій з їхніх водних суспензій та ріст колонієут- ворювальних одиниць на твердих живильних середо- вищах. Оцінка кінетики сорбції та сорбційної ємності мате ріалів щодо санітарно-показових мікроорганізмів (Staphylocoсcus aureus, Escherichia coli та Pseudomonas aeroginosa) свідчить про істотні переваги АВВНМ по- рівняно з відомими вуглецевими сорбентами карбо- лен, СКН та волокнистим сорбентом актилен [12]. Зокрема, на рис. 2 наведено мікрознімок осадження та утримання на АВВНМ одного з ви дів бактерій, що присутні у повітрі і здатні спричиняти ураження дихальних шляхів (ангіну, пневмонію) — Staphylo coсcus aureus. Як видно, клітини золотавого стафі ло кока, в стані інактивації та деструкції міцно прикріп лені до бічних поверхонь вуглецевих мікро- волокон, що, на думку авторів, вказує на незворотність реакції сорбції мікроорганізмів. Процес сорбції мікроорганізмів (зокрема, бактерій), розміри яких більші за розміри мікро- та мезопор у АВВНМ (а кількість макропор у матеріалі незнач на), відбувається, ві- рогідно, не за внутрішньо-дифузійним механізмом, а головним чином на геометричній поверхні АВВНМ. Розміри вірусів, зокрема ко ронавірусів (100—120 нм), значно менші за розміри бактерій, тому для їхнього уловлювання та дезактивації В. Баулін (Університет Ровіра і Вірхілій, Іспанія) радить застосовувати матеріали з наноструктурною поверхнею, використовуючи їхні нанокомпоненти (роз мір ~1—100 нм) як пастку для вірусів із зістав - Рис. 2. Клітини золотавого стафілоко- ка на поверхні мікроволокон АВВНМ (5000) Кінетика стабільності колоній E. coli у воді при контакті з АВВНМ та АВВНМ-Ag Зразок Кількість мікробів (КУО) в 1 мл води за різної експозиції, год 0,5 1 2 Контроль 200 · 103 200 · 103 200 · 103 АВВНМ 200 · 103 190 · 103 150 · 103 АВВНМ-Ag 80 · 103 60 · 103 20 · 103 83ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 6 Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок ними розмірами. Інші дослідники [5] припускають, що сор бційна взаємодія відбуваєть- ся між функціональними групами на поверхі вуглецевих матеріалів і амінокислотними групами гемаглютиніну вірусу грипа. Розроблений нами АВВНМ, як вказано вище, має в своєму складі різні наноформи та значну кількість функ ціональних груп на своїй поверхні, тобто зможе якісно утримувати як бактерії, так і в іру си, осаджені з повітря. Таким чином, сорбція та механічне утримування мікробів на поверхні АВВНМ пе- решкоджає їхньому потраплянню до дихальних шляхів людини і пригнічує ріст та роз- множення, забезпечуючи у такий спосіб бактеріостатичну активність матеріалу. Але нако- пичення мікробів на фільтрувальному прошарку масок багаторазового застосування пот- ребує більш інтенсивного знешкодження осаджених мікроорганізмів за допомогою як фізичних факторів (температура, висушування, променева енергія, ультразвук, осмотич- ний тиск та ін.), так і хімічних речовин (дезінфектанти та антисептики неспецифічної дії). Так, вчені з Ізраїльського технологічного інститут м. Хайфа під час розробки багаторазо- вої маски використовували знезаражувальну дію термонагрівання електричним струмом фільтрувального прошарку із вуглецевих волокон. Автори роботи [13] також рекоменду- ють застосовувати руйнівний вплив підвищеної температури та ультразвуку на життєді- яльність вірусу грипу А/Вікторія/361/11, А/Швейцарія/9715293/13 (H3N2). З метою хімічного знезараження маски просочують антисептичними лікарськими за- собами, зокрема октенісептом (пат. 2127619 РФ. Лицевая маска или повязка. Опубл. 20.03.1999) та покривають благородними металами, зокрема сріблом (пат. 49742 (2006), 49744 (2010) і 50693 (2010) Україна). Беручи до уваги вищезгадане, нами були проведені пошуки можливостей знезаражен- ня АВВНМ за рахунок використання фізичних та хімічних факторів. З цією метою вивчали електропровідність та теплофізичні характеристики матеріалу. Визначено, що питомий електроопір АВВНМ становить 0,8 мкОм · м при питомій поверхні 2800 м2/г, що менше, ніж у матеріалі ТГН-2МК (1,3 мкОм · м при питомій поверхні 700 м2/г), який застосовуєть- ся в хірургічних пов’язках “Карпема” (РФ). Низький електроопір, властивий АВВНМ, має забезпечити ефективне знезараження матеріалу при пропусканні електричного струму (зо- крема, у багаторазових захисних масках для обличчя). Для створення вказаних виробів також важливо визначити теплофізичні характеристики матеріалу. Так, наші дослідження показали, що теплоємність АВВНМ при температурі 298,15 К більша (1674 Дж/(кг · К)), ніж у графіту та вуглецевої тканини УУТ-2 (відповідно 718 та 1368 Дж/(кг · К)) [14]. Та- ким чином, висока електропровідність АВВНМ, використаного як фільтрувальний мате- ріал, дає можливість дезактивувати мікроорганізми електричним струмом (по аналогії з роз робкою ізраїльських вчених), а висока теплостійкість матеріалу гарантує збереження експлуатаційних показників при багаторазовому використанні. Для покращення біоспецифічних властивостей АВВНМ нами проведена іммобіліза- ція наночастинок та іонів срібла на АВВНМ і отримано зразки АВВНМ-Ag [15]. При цьо- му необхідно зазначити, що АВВНМ є ефективною матрицею для антимікробних агентів через наявність на поверхні значної кількості ненасичених зв’язків і характеризується змі- нюваною адгезивністю за рахунок текстильної структури. На наступному етапі роботи нами досліджено кінетику стабільності мікробної популя- ції E. coli (2 · 105 КУО/л) у дехлорованій воді в присутності зразків АВВНМ та АВВНМ-Ag. 84 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 6 І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко Кількісний підрахунок зон росту колоній на чашках Петрі проводили через 24 год після висіву. Контролем слугували посіви проб води, що не контактували зі зразками АВВНМ та АВВНМ-Ag. Як видно з таблиці, зразок АВВНМ виявляє слабковиражені бактерицидні властивості щодо E. coli на відміну від модифікованого сріблом зразка. Таким чином, бактеріостатичні властивості АВВНМ можуть бути трансформовані в бактерицидні шляхом нанесення на поверхню речовин, які спричиняють загибель сорбованих мікробних клітин, що є цінним для розробки самовідновлювальної маски. Висновки. 1. АВВНМ притаманна висока здатність до поглинання основних забруднювачів дов- кілля хімічної, фізичної та біологічної природи, чим забезпечується ефективна фільтрація атмосферного повітря. 2. АВВНМ виявляє бактеріостатичні властивості, які можуть бути трансформовані в бактерицидні шляхом нанесення на його поверхню наночастинок срібла, що можна вико- ристати для знезараження фільтрувального прошарку маски. 3. Електропровідність та теплостійкість АВВНМ уможливлюють знезараження фі- зичними методами. 4. АВВНМ відповідає більшості вимог до матеріалів медичного призначення і може бути рекомендований для виготовлення масок для захисту органів дихання від токсичних речовин, вірусів тощо. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Jackson J., Hodges K. How air pollution may influence the course of pandemics. Sci. Adv. 2020. 6, № 45. eabf1897. https://doi.org/10.1126/sciadv.abf1897 2. Турос О.І., Маремуха Т.П., Петросян А.А., Брезицька Н.В. Дослідження забруднення атмосферного повітря зваженими частинками пилу (РМ10 та РМ2,5) у м. Києві. Довкілля та здоров’я. 2018. № 4. С. 36—39. https://doi.org/10.32402/dovkil2018.04.036 3. Кирш А.А., Будыка А.К., Кирш В.А. Фильтрация аэрозолей волокнистыми материалами ФП. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2008. 52, № 5. С. 97—102. 4. Єсилевський С.О. Раби і маски: трагікомедія помилок. Medium. URL: https://yesylevskyy.medium.com/ рабы-и-маски-трагикомедия-ошибок-f541d4683f7c (Дата звернення: 23.11.2020). 5. Иванова В.Т., Иванова М.В., Бурцева Е.И., Гарина Е.О., Трушакова С.В., Шевченко Е.С., Маны- кин А.А., Исакова А.А., Корженевский А.П., Спицын Б.В. Взаимодействие вирусов гриппа А и В с сорбентами на основе наноалмазов. Вопросы вирусологии. 2012. 57, № 2. С. 9—13. 6. Рачковская Л.Н., Летягин А.Ю., Бурмистров В.А., Королев М.А., Гельфонд Н.Е., Бородин Ю.И., Коненков В.И. Модифицированные сорбенты для практического здравоохранения. Сиб. науч. мед. журн. 2015. 35, № 2. С. 47—54. 7. Лысенко А.А. Основы ресурсосберегающих технологий получения активированных углеродных во- локон, их свойства и применение: дис. … д-ра тех. наук / Санкт-Петербургский государственный уни- верситет технологии и дизайна. Санкт-Петербург, 2007. 8. Кононко І.В., Сергєєв В.П., Щербицька О.В., Кліпов В.Д., Кононко Н.В. Вуглецеві наноструктурні матеріали: токсичність та біосумісність. “Вісник” УМТ. 2015. № 1. С. 58—67. 9. Кононко І.В., Щербицька О.В., Кліпов В.Д., Сергєєв В.П., Уварова І.В. Вуглецевий наноструктурний волокнистий матеріал та екологія. Застосування для захисту довкілля. Довкілля та здоров’я. 2014. № 4. С. 24—29. 10. Григорьева Т.К., Карнацевич Л.В., Колобродов В.Г., Левикова Л.В., Сергеев В.П., Литвинов В.Ф., Кондратюк П.П. Адсорбционные характеристики активированных углеродных волокнистых мате- 85ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 6 Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок риалов типа АУВМ “Днепр”. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследова- ния (Теория и эксперимент). 1991. Вып. 1. № 19. С. 9—14. 11. Портной О.А., Николаев В.Г., Фридман Л.И., Белкин А.Л., Пострелко Т.Н., Пендрак К.А., Ерецкая Е.В., Пожиткова М.С., Снежкова Е.А., Иванова А.Б. Исследование сорбции биологических веществ ак- тивированными углеродными волокнами. Химико-фармац. журн. 1984. 18, № 3. С. 360—364. 12. Сергеев В.П., Рожавин М.А., Литвинов В.Ф., Баглей H.H. Микробиологические исследования сорб- ции различных видов бактерий аппликационным АУВМ “Днепр” МН. Современные подходы к раз- работке эффективных перевязочных средств и шовных материалов: Тез. докл. І Всесоюз. конф. Москва, 1989. С. 25—26. 13. Иванова В.Т., Гарина Е.О., Сапурина И.Ю., Стейскал Я., Грибкова О.Л., Кириллова Е.С., Иванов В.Ф., Бурцева Е.И. Влияния различных факторов на сорбционные взаимодействия электропроводящего по- лимера с вирусами гриппа. Сорбционные и хроматографические процессы. 2017. 17, № 4.С. 592—600. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/417 14. Сергеев В.П., Литвинов В.Ф., Кириченко В.И., Бурушкина Т.Н. Теплофизические и адсорбционные свойст- ва углеродных волокнистых материалов. Вопросы атомной науки и техники. 1977. Вып. 2. С. 62—64. 15. Кононко І.В., Кліпов В.Д., Бошицька Н.В., Проценко Л.С., Кононко Н.В. Особливості іммобілізації наносрібла на активовану вуглецеву волокнисту наноструктурну матрицю для розробки антибактері- альних матеріалів медичного призначення. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11. С. 49—56. https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.11.049 Надійшло до редакції 13.07.2021 REFERENCES 1. Jackson, J. & Hodges, K. (2020). How air pollution may influence the course of pandemics. Sci. Adv., 6, No. 45, eabf1897. https://doi.org/10.1126/sciadv.abf1897 2. Turos, O. I., Maremukha, T. P., Petrosian, A. A. & Brezitska, N. V. (2018). Study of atmospheric air pollution with particulate matters (PM10 and PM2.5) in Kyiv. Environment and Health, No. 4, рр. 36-39 (in Ukrainian). https://doi.org/10.32402/dovkil2018.04.036 3. Kirsh, A. A, Budyka, A. K. & Kirsh, V. A. (2008). Filtration of aerosols by fibrous materials FP. Ros. khim. zh. (Zh. Ros. khim. ob-va im. D.I. Mendeleyeva), 52, No. 5, рр. 97-102 (in Russian). 4. Yesilevsky, S. O. (2020). Slaves and masks: a tragicomedy of mistakes. Medium (in Ukrainian). Retrieved from https://yesylevskyy.medium.com/рабы-и-маски-трагикомедия-ошибок-f541d4683f7c 5. Ivanova, V. T., Ivanova, M. V., Burtseva, E. I., Garina, E. O., Trushakova, S. V., Shevchenko, E. S., Manykin, A. A., Isakova, A. A. , Korzhenevsky, A. P. & Spitsyn, B. V. (2012). Interaction of influenza A and B viruses with nanodiamond-based sorbents. Vopr. Virusol., 57, No. 2, рр. 9-13 (in Russian). 6. Rachkovskaya, L. N., Letyagin, A. Yu., Burmistrov, V. A., Korolev, M. A., Gelfond, N. E., Borodin, Yu. I. & Konenkov, V. I. (2015). Modified sorbents for practical public health. Siberian Scientific Med. Journal. 35, No. 2, рр. 47-54 (in Russian). 7. Lysenko, A. A. (2007). Fundamentals of resource-saving technologies for the production of activated car- bon fibers, their properties and applications. (Extended abstract of Doctor Thesis). St. Petersburg University of Technology and Design, St. Petersburg (in Russian). 8. Kononko, I. V., Sergeev, V. P., Shcherbytska, O. V., Klipov, V. D. & Kononko, N. V. (2015). Carbon nanostructured materials: toxicity and biocompatibility. Visnyk UMT, No. 1, рр. 58-67 (in Ukrainian). 9. Kononko, I. V., Shcherbytska, O. V., Klipov, V. D., Sergeev, V. P. & Uvarova, I. V. (2014). Nanostructured fibrous carbon material and ecology. Using the material for environment protection. Environment and Health, No. 4, рр. 24-29 (in Ukrainian). 10. Grigorieva, T. K., Karnatsevich, L. V., Kolobrodov, V. G., Levikova, L. V., Sergeev, V. P., Litvinov, V. F. & Kondratyuk, P. P. (1991). Adsorption characteristics of activated carbon fibrous materials such as AUVM “Dnepr”. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Ser. Yaderno-fizicheskiye issledovaniya (Theoriya i eksperi- ment), Iss. 1, рр. 9-14 (in Russian). 11. Portnoy, O. A., Nikolaev, V. G., Friedman, L. I., Belkin, A. L., Postrelko, T. N., Pendrak, K. A., Yeretskaya, E. W., Pozhytkova, M. S., Snezhgkova, E. A. & Ivanova, A. B. (1984). Investigation of biological substances sorp- tion by activated carbon fibers. Khimiko-farmats. zhurn., 18, No. 3, рр. 360-364 (in Russian). 86 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 6 І.В. Кононко, Н.В. Бошицька, В.П. Сергєєв, В.Д. Кліпов, Н.В. Кононко 12. Sergeev, V. P., Rozhavin, M. A., Litvinov, V. F. & Bagley, H. H. (1989). Microbiological researches of various types of bacteria sorption by application A UVM “Dnepr” MN. Proceedings of the I All-Union Conference Modern approaches to the development of effective dressings and sutures (рр. 25-26), Moscow (in Russian). 13. Ivanova, V. T., Garina, E. O., Sapurina, I. Yu., Stejskal, J., Gribkova, O. L., Kirillova, E. S., Ivanov, V. F. & Burtseva, E. I. (2017). Influences of various factors on the sorption interactions of conducting polymer with respect to influenza viruses. Sorbtsionnyye i khromatograficheskiye protsessy, 17, No. 4, рр. 592-600 (in Russian). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/417 14. Sergeev, V. P., Litvinov, V. F., Kirichenko, V. I. & Burushkina, T. N.(1977). Thermophysical and adsorption properties of carbon fibrous materials. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki, Iss. 2, рр. 62-64 (in Russian). 15. Kononko, I. V., Klipov, V. D., Boshytska, N. V., Protsenko, L. S. & Kononko, N. V. (2019). Features of the immobilization of nanosilver on an activated carbon fiber nanostructural matrix for the development of antibacterial materials for medical use. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 11, рр. 49-56 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.11.049 Received 13.07.2021 I.V. Kononko, https://orcid.org/0000-0003-1976-7116 N.V. Boshytska, https://orcid.org/0000-0003-2241-1161 V.P. Sergeev, https://orcid.org/0000-0001-9417-2548 V.D. Klipov, https://orcid.org/0000-0002-5634-1512 N.V. Kononko, https://orcid.org/0000-0002-5634-1512 Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: nata25lia@gmail.com CARBON NANOSTRUCTURED MATERIAL FOR MULTIPLE PROTECTIVE MASKS The complex of properties of the activated carbon fiber nanostructured material (AVVNM) developed by the authors as a filter layer of multiple protective face masks has been investigate. It is shown that AVVNM has a high ability to absorb the main environmental pollutants (phenol; metals Pb2+, Sr2+, Cu2+, Ni1+, Co2+, Al3+, Cs2+; chlorine derivatives; radioactive volatile decay products, etc.) and substances of the protein nature. It has been established that AVVNM exhibits the bacteriostatic properties which can be transformed into bac- teri cidal ones by applying the biologically active substances on the material surface. It is proved that AVVNM meets the requirements for medical materials and can be recommended for the manufacture of protective masks. Keywords: masks for respiratory protection, activated carbon fiber nanostructured material, physico-chemical properties.

Вуглецевий наноструктурний матеріал для багаторазових захисних масок

Institution

Ähnliche Einträge