Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів
Bactericidal ultrafiltration polysulfone membranes are formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing guanidine oligomer (GO). Bactericidal properties relative to gram-positive (Staphylococcus aureus) and gram-negative (Escherichia coli) bacteria of the formed membranes...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4155 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів / В. З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, В.І. Лаврик, М.Я. Вортман, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко // Доп. НАН України. — 2008. — № 1. — С. 127-131. — Бібліогр.: 13 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859624855318560768 |
|---|---|
| author | Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Лаврик, В.І. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. |
| author_facet | Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Лаврик, В.І. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. |
| citation_txt | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів / В. З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, В.І. Лаврик, М.Я. Вортман, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко // Доп. НАН України. — 2008. — № 1. — С. 127-131. — Бібліогр.: 13 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| description | Bactericidal ultrafiltration polysulfone membranes are formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing guanidine oligomer (GO). Bactericidal properties relative to gram-positive (Staphylococcus aureus) and gram-negative (Escherichia coli) bacteria of the
formed membranes are investigated. It is determined that the GO-content substantially affects the transport and selective characteristics of the formed membranes.
|
| first_indexed | 2025-11-29T10:04:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
1 • 2008
ХIМIЯ
УДК 678.664:66.081:542.81
© 2008
В.З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, В. I. Лаврик,
М. Я. Вортман, Н.С. Клименко, член-кореспондент НАН України
В.В. Шевченко
Бактерициднi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi
мембрани, що сформованi в присутностi
гуанiдиновмiсних олiгомерiв
Bactericidal ultrafiltration polysulfone membranes are formed by the phase inversion method
from polysulfone solutions containing guanidine oligomer (GO). Bactericidal properties relative
to gram-positive (Staphylococcus aureus) and gram-negative (Escherichia coli) bacteria of the
formed membranes are investigated. It is determined that the GO-content substantially affects
the transport and selective characteristics of the formed membranes.
Мембраннi технологiї широко застосовуються в промисловостi, однак загальною проблемою
при експлуатацiї мембранних установок є бiообростання мембран, яке призводить до зни-
ження продуктивностi процесу та вторинної бiоконтамiнацiї очищеної води клiтинами та
продуктами їх метаболiзму [1]. На сьогоднi в свiтовiй практицi використовується дезинфек-
цiя обладнання, яка погiршує властивостi мембран та збiльшує експлуатацiйнi затрати, а
у випадку щiльних зворотноосмотичних мембран часто не досягає своєї мети. Мембрани, що
мiстять на поверхнi та в об’ємi речовини з функцiональними групами, якi здатнi не тiльки
пригнiчувати, а й знешкоджувати мiкроорганiзми, дозволяють розв’язати цю проблему.
Бактерициднi властивостi виявляють речовини, що мiстять такi iоногеннi групи, як чет-
вертиннi амонiєвi, альдегiднi, пероксиднi, амiннi, хлороамiннi та iн. [2–6]. З метою надання
мембранам функцiональних властивостей, зазначенi групи вводять у них за рахунок синте-
зу нових мембранотвiрних полiмерiв та фiзико-хiмiчного модифiкування поверхнi мембрани
речовинами певних складу i хiмiчної будови [7, 8].
Полiсульфоновi мембрани вже тривалий час застосовуються для рiзноманiтних техно-
логiчних задач [1, 3, 6], однак бактерiальне забруднення характерне для них, як i для бiль-
шостi вiдомих мембран.
Одним з пiдходiв регулювання пористих характеристик мембран, їхньої молекулярної
архiтектури [9] та бiосумiсних [10] властивостей є введення традицiйних iоногенних ПАР як
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №1 127
компонентiв формувальних розчинiв полiмерiв [11]. Однак в цьому випадку не вдається до-
сягти необхiдного рiвня функцiоналiзацiї поверхнi мембран внаслiдок вимивання названих
сполук як в процесi формування мембран, так i подальшої їхньої експлуатацiї.
Бактерициднi властивостi катiонних поверхнево-активних речовин вiдомi давно [1]. Цi
речовини, завдяки своїй дифiльнiй молекулярнiй структурi, здатнi концентруватися на по-
верхнi бактерiальної клiтини, що приводить до її перезарядки або створенню надлишкового
поверхневого заряду. Внаслiдок цього вiдбувається екстрагування вмiсту клiтини, денату-
рацiя бiлку i, як результат, пригнiчення або загибель мiкроорганiзму.
З урахуванням викладеного, перспективним вважається застосування в формувальних
розчинах ПС iоногенних амфiфiльних олiгомерних ПАР блочної будови, зокрема амiнов-
мiсних олiгомерних ПАР бiанкерного типу [12, 13]. Здатнiсть таких сполук до iнтенсивної
мiжмолекулярної взаємодiї може сприяти їх закрiпленню в структурi полiмерної мембрани
та, вiдповiдно, наданню їй бактерицидних властивостей.
Матерiали та методи. Мембрани формували, використовуючи ПС марки UDEL-3500
(Solvay Advanced Polymers, ММ-3500) без додаткового очищення. За пороутворювач брали
полiетиленглiколь (ПЕГ) з молекулярною масою 400 (“LOBA FEINCHEMIE”, Австрiя), а за
розчинник — N, N-диметилацетамiд (ДМАА). Для модифiкацiї використовували синтезова-
ну нами олiгоетерну гуанiдиновмiсну ПАР (ОГПАР) блочної будови, що мiстить на кiнцях
ланцюга катiоноактивнi амiновмiснi групи.
Формування мембрани проводили в такiй послiдовностi: у ДМАА вводили необхiдну
кiлькiсть ПЕГ з подальшим розчиненням вiдповiдної кiлькостi полiсульфонy i здiйснювали
вакуумне фiльтрування розчину. Пiсля цього у полiмерний розчин вводили вiдповiдну кiль-
кiсть амiновмiсного олiгомеру та перемiшували до отримання гомогенної прозорої системи
жовтуватого кольору без стороннiх домiшок та пухирцiв повiтря. Потiм формувальний роз-
чин наносили на скло за допомогою поливального ножа (товщина шару (0,20 ± 0,05) мм),
витримували на повiтрi для часткового випаровування розчинника ((60±5) ◦C), занурюва-
ли скляну пластину iз нанесеною полiмерною плiвкою у коагуляцiйну ванну ((22 ± 2) ◦С),
де нерозчинний у водi ПС осаджується з утворенням мембрани. Експериментально був пi-
дiбраний склад розчину для формування ПС мембран iз сумiшi ПС : ПЕГ : (ДМАА-Х) : X,
де X — масова концентрацiя амiновмiсного олiгомеру в дiапазонi вiд 0,1 до 2,5%.
Для вивчення транспортних (продуктивнiсть) та селективних (коефiцiєнт затримки)
характеристик сформованих мембран використовували стандартну цилiндричну комiрку
непроточного типу Amicon 8200 (Millipore Corporation, USA) та модельнi воднi розчини
(0,25%) ПЕГ з молекулярною масою 55 000 г/моль (Fluka).
Концентрацiю ПЕГ у початковому розчинi i фiльтратi визначали за допомогою iнтер-
ферометра ЛИР–2-УХЛ4.2. Оцiнку гiдрофiльностi поверхнi мембран проводили шляхом
вимiрювання крайових кутiв змочування поверхнi мембрани бiдистильованою водою мето-
дом сидячої краплi. Значення контактних кутiв усереднювались вибiркою iз 10 вимiрювань;
похибка вимiрювання ±3
◦.
Бактерицидну активнiсть отриманих мембран визначали фiльтруванням суспензiї грам-
негативної бактерiї Escherichia coli НВ 101 та грампозитивної бактерiї Staphylococcus aureus
ССМ 209 в фiзiологiчному розчинi через дослiджувану мембрану. Фiльтрацiю проводи-
ли в установцi непроточного типу Amicon 8200 (виробництво Millipore Corporation, USA)
з використанням термостатування i перемiшування об’ємом 0,15 дм3 i площею мембрани
26,4 · 10
−4 м2. Робочий тиск становив 0,1 МПа. Робоча температура 25 ◦С. Культуру виро-
щували на селективному середовищi Ендо (Escherichia coli НВ 101) та МПА (Staphylococcus
128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №1
Рис. 1
aureus ССМ 209) ( “Serva”) та вносили в фiзiологiчний розчин у концентрацiї близько
10
6 клiтин/мл. Пiсля розведення до концентрацiї 10
3 клiтин/л 100 мл суспензiї фiльтрували
через дослiджувану мембрану до сухого залишку. Контролем була мембрана, сформована
без додавання ПАР, тобто з формувальної сумiшi без додавання гуанiдинвмiсного олiгоме-
ру. Пiсля фiльтрацiї мембрану iнкубували на твердому середовищi Ендо (Escherichia coli
НВ 101) та МПА (Staphylococcus aureus ССМ 209) при 28 ◦С протягом доби. Бактерицидну
активнiсть (БА) визначали як вiдсоток колонiєтвiрних одиниць на отриманiй мембранi до
початкової мембрани.
Результати та їх обговорення. Як вiдомо, будь-яка змiна складу формувального роз-
чину приводить до змiни ефективного радiуса пор мембрани та, вiдповiдно, водопроникностi
мембрани. Таким чином, введення амiновмiсного олiгомеру у формувальний розчин викли-
катиме змiну її транспортних властивостей в порiвняннi з мембраною без нього. Результати
дослiджень залежностi продуктивностi мембран (Jv) i коефiцiєнта затримки ПЕГ (R, %)
вiд природи ОГПАР та його концентрацiї в формувальному розчинi наведенi на рис. 1, де
простежується тенденцiя щодо зниження продуктивностi та зростання коефiцiєнта затрим-
ки сформованих олiгомервмiсних мембран залежно вiд концентрацiї олiгомеру. Як показано
в роботi [12], формування мембран iз введеними бiанкерними ПАР у розчин ПС спричинює
значнi змiни їх функцiональних та транспортних характеристик, що пiдтверджує iстот-
ний їх вплив на властивостi мембран. Отриманi мембрани з введеним ОГПАР мiстять на
поверхнi та в об’ємi функцiональнi четвертиннi амонiєвi групи. Їхню здатнiсть не тiльки
пригнiчувати, а й знешкоджувати мiкроорганiзми пiдтверджено результатами проведено-
го дослiдження на предмет їх бактерицидної активностi вiдносно грамнегативної бактерiї
Escherichia coli НВ 101 та грампозитивної бактерiї Stafilacocus aureus ССМ 209 (табл. 1).
Таблиця 1. Залежнiсть бактерицидностi мембран вiд вмiсту гуанiдинвмiсного олiгомеру
C, % (мас.)
БА, %
Escherichia coli НВ 101 Stafilacocus aureus ССМ 209
0 0 0
0,1 28 95
0,5 98 100
1 100 100
2,5 100 100
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №1 129
Рис. 2
Як видно з табл. 1, наявнiсть олiгомеру в структурi мембрани зумовлює появу 95%
бактерицидної активностi отриманих мембран стосовно грампозитивної бактерiї Stafilacocus
aureus ССМ 209 вже при масовiй концентрацiї олiгомеру 0,1 та 98% стосовно грамнегативної
бактерiї Escherichia coli НВ 101 при масовiй концентрацiї олiгомеру 0,5%. Причому, при
концентрацiї ОГПАР 1% — бактерициднiсть щодо двох видiв бактерiй становить 100%.
Введення ОГПАР у структуру отриманих ПС мембран, також, приводить до значної
гiдрофiлiзацiї їх поверхнi в порiвняннi з мембраною без олiгомеру, про що свiдчить iстотне
зменшення крайових кутiв змочування поверхнi отриманих мембран водою, якi наведенi
на рис. 2. Як видно з рисунку, введення ОГПАР у формувальний розчин вже при масовiй
концентрацiї 0,5% приводить до значної гiдрофiлiзацiї поверхнi отриманих мембран у по-
рiвняннi з вiдправними мембранами, сформованими без додавання олiгомеру.
Результати наведених даних з рис. 1, 2 i табл. 2 свiдчать, що найкращим щодо отри-
мання ультрафiльтрацiйних, бактерицидних мембран з гiдрофiлiзованою поверхнею є вмiст
ОГПАР у дiапазонi 0,5–1,5%. Бiльш високi його масовi концентрацiї у формувальнiй сумiшi
спричиняють утворення низькопродуктивних мембран, а концентрацiї понад 2,5% — зумов-
люють утворення дефектних мембран. Тому подальшi нашi дослiдження проводили при
масовiй концентрацiї олiгомеру 1%.
Таблиця 2. Вивчення впливу тривалостi десорбцiї гуанiдиновмiсних олiгомерiв на бактерициднi власти-
востi мембран
Термiн
експлуатацiї, дiб
Мембрани з ОГПАР Мембрани без ОГПАР
Jv , л/(м2
· год) БА, % Jv , л/(м2
· год) БА, %
0 64,3 100 262,9 0
1 95,4 100 125,6 0
2 136,9 100 120,6 0
3 150,5 100 89,5 0
5 147,1 100 56,4 0
7 138,5 100 23,6 0
10 130,9 100 — 0
20 128,9 100 — 0
30 126,4 100 — 0
40 124,2 100 — 0
50 122,6 100 — 0
60 120,1 100 — 0
130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №1
Отриманi бактерициднi мембрани з гiдрофiлiзованою поверхнею протестовано протягом
60 дiб та вивчено стабiльнiсть їхнiх функцiональних i транспортних властивостей (див.
табл. 2). Експеримент проводили з мембранами, що виявили 100% бактерицидну активнiсть,
а саме, мембрани з масовим вмiстом олiгомеру 1%.
Як свiдчать данi табл. 2, протягом 10 дiб дослiдження мембран спостерiгається зрос-
тання їх продуктивностi практично в два рази, що можна пояснити частковим вимиванням
ОГПАР iз тiла мембрани. Подальша їх експлуатацiя до 60 дiб приводить до зменшення
значення продуктивностi мембран через часткове “засмiчення” мембран. Слiд зауважити,
що мембрани, отриманi без додавання олiгомеру в формувальну сумiш, при формуваннi
виходять iз ладу вже через 7 дiб їхньої експлуатацiї.
Таким чином, в результатi виконаних експериментальних дослiджень одержано ультра-
фiльтрацiйнi ПС мембрани з гiдрофiлiзованою поверхнею, що мають бактерициднi власти-
востi, якi залишаються стабiльними тривалий час при вiдносно незмiннiй продуктивностi
щодо води. Даний метод формування напiвпроникних мембран, що пригнiчують розвиток
мiкроорганiзмiв на своїй поверхнi пiд час експлуатацiї обладнання, може бути використаний
для запобiгання їх забрудненню у процесах водоочищення та фракцiонування.
1. Брик М.Т. Енциклопедiя мембран : У 2 т. – Київ: ВД “Києво-Могилянська академiя”, 2005. – Т. 1. –
658 с.
2. Tatsuo Tashiro. Antibacterial and Bacterium Adsorbing Macromolecules // Macromol. Mater. Eng. –
2001. – 286, No 2. – P. 63–87.
3. El-Refaie Kenawy, Fouad I. Abdel-Hay et al. Biologically Active Polymers. V. Synthesis and Antimi-
crobial Activity of Modified Poly(glycidylmethacrylate-co-2-hydroxyethyl methacrylate) Derivatives with
Quaternary Ammonium and Phosphonium Salts // J. Polymer Sci.: Part A: Polymer Chem. – 2002. – 40,
No 14. – P. 2384–2393.
4. Massi L., Guittard F., Géribaldi S. et al. Antimicrobial properties of highly fluorinated bis-ammonium
salts // Intern. J. Antimicrobial Agents. – 2003. – 21, No 1. – P. 20–26.
5. Haizhong Tang, Robert J. Doerksen, Gregory N. Synthesis of urea oligomers and their antibacterial activi-
ty // Tew Chem. Commun. – 2005. – 217, No 22. – P. 1537–1539.
6. Мулдер М. Введение в мембранную технологiю. – Москва: Мир, 1999. – 513 с.
7. Wang Y.-Q. et al. Generation of anti-biofouling ultrafiltration membrane surface by blending novel branched
amphiphilic polymers with polyethersulfone // J. Membr. Sci. – 2006. – 286, No 1./2. – P. 228–236.
8. Park J. Y. et al. Polysulfone-graft-poly(ethylene glycol) graft copolymers forsurface modification of poly-
sulfone membranes // Biomaterials. – 2006. – 27, No 6. – P. 856–865.
9. Rahimpour1 A., Siavash Madaeni S., Barzin J. Preparation of Polysulphone Ultrafiltration Membranes for
Milk Concentration: Effect of Additives on Morphology and Performance // Iranian Polym. J. – 2005. –
14, No 5. – P. 421–428.
10. Masayo Hayama, Ken-ichiro Yamamoto, Fukashi Kohori, Kiyotaka Sakai. How polysulfone dialysis mem-
branes containing polyvinylpyrrolidone achieve excellent biocompatibility // J. Membr. Sci. – 2004. – 234,
No 1./2. – P. 41–49.
11. Tsai H.A., Li L. D., Lee K.R. et al. Effect of surfactant addition on the morphology and pervaporation
performance of asymmetric polysulfone membranes // Ibid. – 2003. – 176, No 1. – P. 97–103.
12. Босак В. З., Вакулюк П.В., Бурбан А.Ф. та iн. Зарядженi полiсульфоновi ультрафiльтрацiйнi мемб-
рани, сформованi в присутностi iоногенних поверхнево-активних олiгомерiв // Доп. НАН України. –
2007. – № 11. – С. 130–134.
13. Липатов Ю.С., Шевченко В.В., Шрубович В.А. и др. Бианкерные поверхностно-активные вещества
олигомерного типа // Докл. АН. – 1989. – 306, № 2. – С. 360–364.
Надiйшло до редакцiї 07.06.2007Нацiональний унiверситет “Києво-Могилянська академiя”
Iнститут хiмiї високомолекулярних
сполук НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №1 131
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4155 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-29T10:04:23Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Лаврик, В.І. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. 2009-07-16T09:27:46Z 2009-07-16T09:27:46Z 2008 Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів / В. З. Босак, П.В. Вакулюк, А.Ф. Бурбан, В.І. Лаврик, М.Я. Вортман, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко // Доп. НАН України. — 2008. — № 1. — С. 127-131. — Бібліогр.: 13 назв. — укp. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4155 678.664:66.081:542.81 Bactericidal ultrafiltration polysulfone membranes are formed by the phase inversion method from polysulfone solutions containing guanidine oligomer (GO). Bactericidal properties relative to gram-positive (Staphylococcus aureus) and gram-negative (Escherichia coli) bacteria of the formed membranes are investigated. It is determined that the GO-content substantially affects the transport and selective characteristics of the formed membranes. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Хімія Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів Article published earlier |
| spellingShingle | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів Босак, В.З. Вакулюк, П.В. Бурбан, А.Ф. Лаврик, В.І. Вортман, М.Я. Клименко, Н.С. Шевченко, В.В. Хімія |
| title | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів |
| title_full | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів |
| title_fullStr | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів |
| title_full_unstemmed | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів |
| title_short | Бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів |
| title_sort | бактерицидні полісульфонові ультрафільтраційні мембрани, що сформовані в присутності гуанідиновмісних олігомерів |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4155 |
| work_keys_str_mv | AT bosakvz baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív AT vakulûkpv baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív AT burbanaf baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív AT lavrikví baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív AT vortmanmâ baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív AT klimenkons baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív AT ševčenkovv baktericidnípolísulʹfonovíulʹtrafílʹtracíinímembraniŝosformovanívprisutnostíguanídinovmísniholígomerív |