Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів
Розроблено метод формування наночастинок срiбла в гiдрогелевих нанореакторах на основi зшитих акрилових мономерiв. Показано, що отриманi композитнi матерiали забезпечують рiвномiрне та пролонговане вивiльнення срiбла протягом тривалого промiжку часу. Дослiджено антибактерiальнi властивостi зразкiв з...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18862 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів / В.В. Коновалова, Ю.М. Самченко, Г.А. Побiгай, Т.П. Полторацька, А.Ф. Бурбан, З.Р. Ульберг // Доп. НАН України. — 2009. — № 10. — С. 139-143. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18862 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-188622025-02-23T18:58:52Z Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів Antibacterial membranes based on hydrogel nanoreactors Коновалова, В.В. Самченко, Ю.М. Побігай, Г.А. Полторацька, Т.П. Бурбан, А.Ф. Ульберг, З.Р. Хімія Розроблено метод формування наночастинок срiбла в гiдрогелевих нанореакторах на основi зшитих акрилових мономерiв. Показано, що отриманi композитнi матерiали забезпечують рiвномiрне та пролонговане вивiльнення срiбла протягом тривалого промiжку часу. Дослiджено антибактерiальнi властивостi зразкiв залежно вiд концентрацiї iнкорпорованого срiбла. Отриманi гiдрогелевi мембрани виявляють значну пригнiчувальну дiю стосовно широкого спектра мiкроорганiзмiв, починаючи з концентрацiї срiбла 0,01%. A method of silver nanoparticle formation in hydrogel nanoreactors based on grafted acrylic monomers has been developed. Resulting composite materials are shown to facilitate highly uniform release rates of silver for long periods of time. Antibacterial properties of samples with various concentrations of incorporated silver are researched. Silver-doped hydrogel membranes are shown to subdue numerous types of microorganisms starting with silver concentrations as low as 0.01%. 2009 Article Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів / В.В. Коновалова, Ю.М. Самченко, Г.А. Побiгай, Т.П. Полторацька, А.Ф. Бурбан, З.Р. Ульберг // Доп. НАН України. — 2009. — № 10. — С. 139-143. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18862 541.18.045 uk 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 |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Коновалова, В.В. Самченко, Ю.М. Побігай, Г.А. Полторацька, Т.П. Бурбан, А.Ф. Ульберг, З.Р. Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| description |
Розроблено метод формування наночастинок срiбла в гiдрогелевих нанореакторах на основi зшитих акрилових мономерiв. Показано, що отриманi композитнi матерiали забезпечують рiвномiрне та пролонговане вивiльнення срiбла протягом тривалого промiжку часу. Дослiджено антибактерiальнi властивостi зразкiв залежно вiд концентрацiї iнкорпорованого срiбла. Отриманi гiдрогелевi мембрани виявляють значну пригнiчувальну дiю стосовно широкого спектра мiкроорганiзмiв, починаючи з концентрацiї срiбла 0,01%. |
| format |
Article |
| author |
Коновалова, В.В. Самченко, Ю.М. Побігай, Г.А. Полторацька, Т.П. Бурбан, А.Ф. Ульберг, З.Р. |
| author_facet |
Коновалова, В.В. Самченко, Ю.М. Побігай, Г.А. Полторацька, Т.П. Бурбан, А.Ф. Ульберг, З.Р. |
| author_sort |
Коновалова, В.В. |
| title |
Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| title_short |
Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| title_full |
Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| title_fullStr |
Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| title_full_unstemmed |
Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| title_sort |
антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18862 |
| citation_txt |
Антимікробні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів / В.В. Коновалова, Ю.М. Самченко, Г.А. Побiгай, Т.П. Полторацька, А.Ф. Бурбан, З.Р. Ульберг // Доп. НАН України. — 2009. — № 10. — С. 139-143. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT konovalovavv antimíkrobnímembraninaosnovígídrogelevihnanoreaktorív AT samčenkoûm antimíkrobnímembraninaosnovígídrogelevihnanoreaktorív AT pobígajga antimíkrobnímembraninaosnovígídrogelevihnanoreaktorív AT poltoracʹkatp antimíkrobnímembraninaosnovígídrogelevihnanoreaktorív AT burbanaf antimíkrobnímembraninaosnovígídrogelevihnanoreaktorív AT ulʹbergzr antimíkrobnímembraninaosnovígídrogelevihnanoreaktorív AT konovalovavv antibacterialmembranesbasedonhydrogelnanoreactors AT samčenkoûm antibacterialmembranesbasedonhydrogelnanoreactors AT pobígajga antibacterialmembranesbasedonhydrogelnanoreactors AT poltoracʹkatp antibacterialmembranesbasedonhydrogelnanoreactors AT burbanaf antibacterialmembranesbasedonhydrogelnanoreactors AT ulʹbergzr antibacterialmembranesbasedonhydrogelnanoreactors |
| first_indexed |
2025-11-24T13:01:07Z |
| last_indexed |
2025-11-24T13:01:07Z |
| _version_ |
1849676809744941056 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
10 • 2009
ХIМIЯ
УДК 541.18.045
© 2009
В.В. Коновалова, Ю.М. Самченко, Г.А. Побiгай,
Т.П. Полторацька, А. Ф. Бурбан, З. Р. Ульберг
Антимiкробнi мембрани на основi гiдрогелевих
нанореакторiв
(Представлено членом-кореспондентом НАН України М.Т. Картелем)
Розроблено метод формування наночастинок срiбла в гiдрогелевих нанореакторах на
основi зшитих акрилових мономерiв. Показано, що отриманi композитнi матерiали
забезпечують рiвномiрне та пролонговане вивiльнення срiбла протягом тривалого про-
мiжку часу. Дослiджено антибактерiальнi властивостi зразкiв залежно вiд концент-
рацiї iнкорпорованого срiбла. Отриманi гiдрогелевi мембрани виявляють значну пригнi-
чувальну дiю стосовно широкого спектра мiкроорганiзмiв, починаючи з концентрацiї
срiбла 0,01%.
Розробка та дослiдження матерiалiв, мембран та покриттiв, що контактують з бiологiчними
тканинами або середовищами, є надзвичайно перспективним науковим напрямом [1–3]. Ува-
га дослiдникiв спрямована на надання їх поверхнi особливих властивостей: бiосумiснiсть,
бактерициднiсть тощо [2–4]. Останнiм часом полiмернi гiдрогелi знаходять широке застосу-
вання як ранозагоювальнi покриття, носiї для бiологiчно активних речовин з адресним та
керованим їх вивiльненням, а також як матерiали для виготовлення ендопротезiв. Причи-
ною такого рiзноманiтного використання гiдрогелiв є їх унiкальна пориста структура, що
забезпечує набухання гiдрогелiв у водi та високу проникнiсть для низько- й високомоле-
кулярних сполук. Загальною вимогою до таких мультифункцiональних систем є їх анти-
бактерiальна активнiсть до широкого спектра мiкроорганiзмiв, без вивiльнення будь-яких
токсичних бiоцидних речовин.
Антибактерiальнi властивостi срiбла вiдомi давно. В багатьох роботах показано [5–7], що
срiбло має iнгiбуючу дiю щодо широкого спектра бактерiй та ефективно використовується
для антибактерiальної терапiї при опiках, загостреннi хронiчного остеомiєлiту, iнфекцiях
сечовидiльної системи тощо. Встановлено, що ключовою стадiєю в механiзмi бактерицидної
дiї срiбла є зв’язування Ag+ з тiольними групами бiлкових молекул, що вiдповiдають за
електронний транспорт в клiтинi, тим самим викликаючи їх iнактивацiю. Використання
срiбла як бактерицидного агента у виглядi наночастинок привертає все бiльшу увагу дослiд-
никiв [6, 7]. Крiм того, що наночастинки срiбла мають високу антимiкробну активнiсть, за
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №10 139
Рис. 1. Тест на зони iнгiбування щодо Escherichia coli (а: I — контроль; II — CAg = 0,1%; III — CAg = 1%)
та Pseudomonas aeruginosa (б : I — CAg = 0,01%; II — CAg = 0,025%; III — CAg = 0,05%)
рахунок надзвичайно розвиненої поверхнi та металiчного стану, їх антибактерiальна дiя
набагато тривалiша у порiвняннi зi срiблом в iонiзованiй формi.
Сучаснi дослiдження тривимiрних гiдрогелевих структур наводять на думку, що вiльнi
промiжки мiж зшитими ланцюгами гiдрогелiв можуть використовуватись як нанореакто-
ри для формування наночастинок рiзної природи [8]. Так, у наших попереднiх дослiджен-
нях [9–11] було схарактеризовано розмiр порових нанокомiрок у гiдрогелях методами ди-
ференцiйної сканувальної калориметрiї, сорбцiї парiв води, електронної мiкроскопiї та за
допомогою комп’ютерного моделювання. Було показано, що превалюючий розмiр комiрок
в гiдрогелях акрилового ряду становить 10–30 нм i на їх основi можна отримати нанореакто-
ри, що дають змогу синтезувати у поровому просторi наночастинки благородних металiв,
магнетиту, силiкатiв, гiдроксiапатиту тощо.
Авторами даного повiдомлення було розроблено гiдрогелевi нанореактори на основi зши-
тих кополiмерiв акрилового ряду, що мiстять наночастинки срiбла, та дослiджено їх анти-
бактерiальнi властивостi.
Гiдрогелевi матрицi отримували шляхом радикальної блок-полiмерiзацiї мономерiв
у водному середовищi при кiмнатнiй температурi. Iнiцiювання полiмерiзацiї здiйснювалось
за допомогою окисно-вiдновної системи персульфат калiю — пiросульфiт натрiю. Форму-
вання нанорозмiрних частинок срiбла у порах гiдрогелевих матриць здiйснювали шляхом
набухання їх у водному розчинi нiтрату срiбла з подальшою обробкою розчином тартрату
натрiю у лужному середовищi. Концентрацiя нiтрату срiбла при цьому варiювалась у дiа-
пазонi вiд 0,01 до 2,5%.
Вивiльнення срiбла з гiдрогелевих нанореакторiв дослiджувалось за допомогою атом-
но-абсорбцiйного спектрофотометра С-115-М1 з електротермiчним атомiзатором “Гра-
фит-2”.
Мiкроорганiзми вирощували на повноцiнному живильному середовищi Nutrient Agar
No1 (Fluka). Чашки Петi засiвали культурою мiкроорганiзмiв у кiлькостi 106 колонiєутво-
рювальних одиниць (КУО). Тестовий зразок дiаметром 15 мм помiщали на iнокульоване
середовище та iнкубували при 30 ◦С протягом 24 год. Зону iнгiбування оцiнювали з точнi-
стю до 0,5 мм.
Було дослiджено пригнiчувальну дiю гiдрогелевих мембран з iнкорпорованими наночас-
тинками срiбла стосовно грампозитивних (Staphylococcus aureus CCM 209, Bacillus subtilis
140 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №10
Рис. 2. Кiнетика вивiльнення срiбла iз гiдрогелевих нанореакторiв з концентрацiєю 1% на основi акриламiду
й акрилонiтрилу (CАА: CАН = 1 : 1) (крива 1, 1
′) та гiдрогелiв з додатковим вмiстом акрилової кислоти
в кiлькостi 10% (2, 2
′) та 25% (3, 3
′)
CCM 104) та грамнегативних (Escherichia coli BE, Pseudomonas aeruginosa CCM 1961) бак-
терiй з Української та Чеської (ССM) колекцiї мiкроорганiзмiв.
Проведенi дослiдження продемонстрували, що розробленi методики iнкорпорування ко-
лоїдного срiбла до гiдрогелевих матриць мають високий ступiнь конверсiї та забезпечують
у подальшому його адресне поступове вивiльнення протягом значного промiжку часу. Кi-
нетику вивiльнення срiбла з гiдрогелевих мембран на основi кополiмерiв акриламiду, акри-
лонiтрилу та акрилової кислоти наведено на рис. 2, а. Отриманi залежностi мають вигляд
кривих насичення, за їх аналiзом можна зробити висновок, що для неiоногенного гiдрогелю
на основi акриламiду та акрилонiтрилу характерне бiльш iнтенсивне видiлення срiбла на
початковому етапi (крива 1 ), нiж для iоногенних гiдрогелiв (кривi 2 й 3 ). Таке уповiль-
нення дифузiї iонiв срiбла у мiру зростання вмiсту в гiдрогелях ланок акрилової кислоти
можна пояснити його взаємодiями з активними карбоксильними групами.
Як видно з рис. 2, б, початкова швидкiсть вивiльнення срiбла найвища для неiоноген-
ного гiдрогелю та становить 5,5 мкг/год, проте вже протягом доби вона знижується до
0,33 мкг/год. Таке вивiльнення не можна назвати пролонгованим, оскiльки основна маса
срiбла вивiльняється вже пiсля 2 год дифузiї. Початкова швидкiсть вивiльнення срiбла для
iоногенних гiдрогелiв набагато менша i становить в середньому 1,0–1,2 мкг/год. Найбiльш
стабiльною є швидкiсть вивiльнення срiбла для зразкiв з додатковим вмiстом акрилової
кислоти в кiлькостi 10% (крива 2 ′). Для таких зразкiв швидкiсть вивiльнення на десяту го-
дину дифузiї становила близько 0,13 мкг/год i не змiнювалась впродовж наступних 60 год.
Проведенi мiкробiологiчнi дослiдження засвiдчили, що гiдрогелевi мембрани з iнкор-
порованими наночастинками срiбла виявляють високу бактерицидну активнiсть стосовно
широкого кола мiкроорганiзмiв. Антимiкробну дiю препаратiв оцiнювали за утворенням
зони просвiтлення (iнгiбування росту) на чашках з твердим поживним середовищем. Як
видно з рис. 3, дiаметр зони iнгiбування тим бiльший, чим бiльша концентрацiя срiбла
в дослiджуваному зразку.
Вже починаючи з концентрацiї 0,01%, зона iнгiбування становить 1–2 мм як для E. coli,
так i для S. аureus. Зона iнгiбування росту бактерiй утворюється в результатi дифузiї бак-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №10 141
Рис. 3. Залежнiсть впливу концентрацiї колоїдного срiбла в зразку на дiаметр зони iнгiбування S. aureus
та E. coli
терицидного агента в середовище твердого агару. Отже, можна стверджувати, що навiть
при такiй концентрацiї антибактерiального агента, тестовi зразки будуть мати не тiльки
поверхневу бактерицидну активнiсть, а й забезпечувати мiнiмальну iнгiбуючу концентрацiю
бiля (навкруги) зони контакту. При концентрацiї срiбла в зразку 0,025% зона iнгiбування
збiльшується на 1–2 мм, але подальше збiльшення концентрацiї до 0,05% не призводить до
значного розширення зони дифузiї, а в деяких випадках навiть зменшує зону iнгiбування.
Така тенденцiя спостерiгається i для зразкiв з бiльшим вмiстом бактерицидного агента.
Так, при концентрацiї колоїдного срiбла 0,1% вiдзначено значне пригнiчення обох дослiдже-
них штамiв, при цьому зона iнгiбування становить 4–7 мм. При збiльшеннi вмiсту антибак-
терiального агента з 0,1 до 0,5% зона iнгiбування збiльшується не iстотно, помiтне її розши-
рення (у 1,6–1,7 рази) спостерiгається при досягненнi вмiсту срiбла 1%. При подальшому
збiльшеннi концентрацiї срiбла в гiдрогелi розширення зони просвiтлення не вiдзначається.
Очевидно, це пов’язано з розмiрами наночастинок, що утворюються в нанореакторi. При
малих концентрацiя срiбла в гiдрогелi його iони рiвномiрно розподiляються в промiжках
мiж зшитими ланцюгами i при вiдновленнi утворюють найбiльш дрiбнi наночастинки. При
збiльшеннi концентрацiї срiбла в гiдрогелевiй матрицi, його частинки можуть агрегувати
i утворювати бiльшi конгломерати: чим бiльший дiаметр утворюваних частинок, тим менша
їх сумарна поверхнева площа. Отже, при збiльшеннi вмiсту срiбла в нанореакторi питома
площа поверхнi наночастинок зменшується або залишається незмiнною, а вiдповiдно, i кiль-
кiсть вивiльнених iонiв у примембранному шарi не збiльшується.
Зони iнгiбування щодо культури P. aeruginosa для зразкiв, що мiстять 0,01 (I), 0,025
(II) й 0,05% (III) срiбла зображено на рис. 1, б. Зони iнгiбування росту є темними зонами
навкруги зразкiв. З рисунку добре видно, що кожен зразок має первинну й вторинну зони
iнгiбування. В первиннiй зонi, що становить до 3 мм, досягається концентрацiя срiбла,
яка забезпечує повну загибель бактерiй (бактерицидну дiю). У той самий час вторинна
зона може сягати до 15 мм i забезпечувати часткове iнгiбування росту мiкроорганiзмiв
(бактерiостатичну дiю).
Таким чином, проведенi in vitro та in vivo дослiдження продемонстрували, що гiдрогеле-
вi нанореактори на основi зшитих акрилових мономерiв можна використовувати для фор-
мування та стабiлiзацiї нанорозмiрних частинок колоїдного срiбла. Показано, що отриманi
композитнi матерiали забезпечують рiвномiрне та пролонговане вивiльнення срiбла протя-
142 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №10
гом тривалого промiжку часу (бiльше одного тижня) та виявляють значну пригнiчувальну
дiю стосовно широкого спектра мiкроорганiзмiв, починаючи з концентрацiї срiбла 0,01%.
Результати засвiдчують високу перспективнiсть синтезованих гiдрогелевих матерiалiв при
їх використаннi як рiзноманiтнi мембрани бiомедичного призначення та антимiкробнi аплi-
катори для потреб стоматологiї, хiрургiї, комбустiологiї тощо.
1. Jeong B., Lee K., Gutowska A., An Y. Thermogelling biodegradable copolymer aqueous solutions for
injectable protein delivery and tissue engineering // Biomacromolecules. – 2002. – 3. – P. 865–868.
2. Jong S., Smedt S., Demeester J., Nostrum C. Biodegradable hydrogels based on stereocomplex formation
between lactic acid oligomers grafted to dextran // J. Control. Release. – 2001. – 72. – P. 47–56.
3. Hayama M., Yamamoto K., Kohori F., Sakai K. How polysulfone dialysis membranes containing polyvi-
nylpyrrolidone achieve excellent biocompatibility? // J. Membrane Sc. – 2004. – 234. – P. 41–49.
4. Mi F., Wu Yu., Shyu Sh. et al. Asymmetric chitosan membranes prepared by dry/wet phase separation: a
new type of wound dressing for controlled antibacterial release // Ibid. – 2003. – 212. – P. 237–254.
5. Feng Q. L, Wu J., Chen G.Q. A mechanistic study of the antibacterial effect of silver ions on E. coli and
S. aureus // J. Biomed. Mater. Res. – 2000. – 52. – P. 662.
6. Roldán M.V., Frattini A., Sanctis O. et al. Characterization and applications of Ag nanoparticles in
waveguides // Appl. Surface Sci. – 2007. – 254. – P. 281–285.
7. Kim J. S. Antimicrobial effects of silver nanoparticles // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and
Medicine. – 2007. – 5. – P. 95–101.
8. Mohan Y., Lee K., Premkumar T., Geckeler K. Hydrogel networks as nanoreactors // Polymer. – 2007. –
48. – P. 158–164.
9. Самченко Ю.М., Пасмурцева Н.А., Ульберг З.Р. Диффузия лекарственных препаратов из гидроге-
левых нанореакторов // Доп. НАН України. – 2007. – № 6. – С. 143–148.
10. Кондратенко П.О., Самченко Ю.М., Пасмурцева Н.О., Ульберг З. Р. Моделювання пористої струк-
тури сiтчастих полiмерiв // Полiмер. журн. – 2007. – 29, № 3. – С. 222–228.
11. Самченко Ю.М., Атаманенко И.Д., Полторацкая Т.П., Ульберг З. Р. Состояние воды в мелкодис-
персных гидрогелях на основе акриламида и акриловой кислоты // Коллоид. журн. – 2006. – 68,
№ 5. – С. 670–673.
Надiйшло до редакцiї 26.02.2009Нацiональний унiверситет “Києво-Могилянська академiя”
Iнститут бiоколоїдної хiмiї iм. Ф.Д. Овчаренка
НАН України, Київ
V.V. Konovalova, Yu.M. Samchenko, G.A. Pobigay, T. P. Poltoratska,
A. F. Burban, Z. R. Ulberg
Antibacterial membranes based on hydrogel nanoreactors
A method of silver nanoparticle formation in hydrogel nanoreactors based on grafted acrylic mo-
nomers has been developed. Resulting composite materials are shown to facilitate highly uniform
release rates of silver for long periods of time. Antibacterial properties of samples with various
concentrations of incorporated silver are researched. Silver-doped hydrogel membranes are shown to
subdue numerous types of microorganisms starting with silver concentrations as low as 0.01%.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №10 143
|