Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles
Hydrogel materials based on polyvinyl alcohol (PVA) and hyaluronic acid (HA) have a high potential for use in treating infected wounds due to their biocompatibility, moisturizing properties, and modifiability. The aim of this article is to create hydrogel composites based on PVA with varying content...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2026
|
| Online Zugang: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/372 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Microbiological Journal |
Institution
Microbiological Journal| _version_ | 1865485916702769152 |
|---|---|
| author | Rybalchenko, N.P. Mozhaeva, L.L. Demchenko, V.L. Kunytskyi, D.V. Dolgoshey, V.B. Voronina, O.K. Matvienko, N.M. Рибальченко, Н.П. Можаєва, Л.Л. Демченко, В.Л. Куницький, Д.В. Долгошей, В.Б. Вороніна, О.К. Матвієнко, Н.М. |
| author_facet | Rybalchenko, N.P. Mozhaeva, L.L. Demchenko, V.L. Kunytskyi, D.V. Dolgoshey, V.B. Voronina, O.K. Matvienko, N.M. Рибальченко, Н.П. Можаєва, Л.Л. Демченко, В.Л. Куницький, Д.В. Долгошей, В.Б. Вороніна, О.К. Матвієнко, Н.М. |
| author_sort | Rybalchenko, N.P. |
| baseUrl_str | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-17T14:04:05Z |
| description | Hydrogel materials based on polyvinyl alcohol (PVA) and hyaluronic acid (HA) have a high potential for use in treating infected wounds due to their biocompatibility, moisturizing properties, and modifiability. The aim of this article is to create hydrogel composites based on PVA with varying contents of hyaluronic acid and ZnO nanoparticles and to evaluate their antimicrobial activity. Methods. The structure of ZnO-containing hydrogels was studied by wide-angle X-ray diffraction using an XRD-7000 diffractometer. The size of ZnO nanoparticles and their distribution in the PVA-HA polymer matrix were analyzed using a JEM-1230 transmission electron microscope. The antimicrobial activity of hydrogels PVA-HA-ZnO was evaluated using the disk diffusion method against the opportunistic pathogens S. aureus, S. epidermidis, E. coli, and P. aeruginosa. Results. Analysis of microphotographs of PVA-HA-ZnO hydrogels containing 0.1 mass% ZnO, obtained by freezing for 6 h, showed the formation of ultrafine nanoparticles statistically distributed within the polymer matrix during the material synthesis process. The antimicrobial activity of hydrogel materials made from PVA, with varying concentrations of hyaluronic acid (3%, 5%, and 9%) and zinc oxide nanoparticles was evaluated. The concentration of ZnO in the hydrogels ranged from 0.05 to 1.0 mass%. Testing was conducted on opportunistic microorganisms, including Gram-positive bacteria (S. aureus, S. epidermidis) and Gram-negative bacteria (E. coli, P. aeruginosa). It was found that the samples demonstrated a concentration-dependent antimicrobial effect. Samples with a higher HA content (9 %) exhibited greater antibacterial activity, particularly against S. epidermidis. Biopolymer hydrogel materials containing higher concentrations of ZnO (0.5%–1.0%) showed effective antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as S. aureus and S. epidermidis. No antimicrobial effects were observed against Gram-negative bacteria, including E. coli and P. aeruginosa, in any of the tested samples. The antimicrobial activity of PVA-based hydrogel materials without added hyaluronic acid was also evaluated. These materials contained zinc acetate salts (Zn(OOCCH₃)₂), which were not reduced to form nanoparticles. The zinc acetate concentration recalculated as ZnO content was 1.0 mass%. Hydrogels containing zinc acetate were found to be more effective against Gram-positive bacteria, such as S. aureus and S. epidermidis. They showed significant effectiveness against E. coli, a Gram-negative bacterium, but were not effective against P. aeruginosa. Conclusions. The results confirm that the developed hydrogel materials have antimicrobial properties and hold promise as bioactive wound dressings for treating infected wounds. Further modification of the composition — particularly through the addition of nanoparticle mixtures, antibiotics, or antimicrobial peptides — may broaden the activity spectrum and enhance their effectiveness against multidrug-resistant microorganisms. |
| first_indexed | 2026-05-18T01:00:06Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-372 |
| institution | Microbiological Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-05-18T01:00:06Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-3722026-05-17T14:04:05Z Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles Антимікробна активність полімерних гідрогелів на основі полівінілового спирту та наночастинок ZnO Rybalchenko, N.P. Mozhaeva, L.L. Demchenko, V.L. Kunytskyi, D.V. Dolgoshey, V.B. Voronina, O.K. Matvienko, N.M. Рибальченко, Н.П. Можаєва, Л.Л. Демченко, В.Л. Куницький, Д.В. Долгошей, В.Б. Вороніна, О.К. Матвієнко, Н.М. antimicrobial activity polyvinyl alcohol hyaluronic acid zinc nanoparticles антимікробна активність полівініловий спирт гіалуронова кислота наночастинки цинку Hydrogel materials based on polyvinyl alcohol (PVA) and hyaluronic acid (HA) have a high potential for use in treating infected wounds due to their biocompatibility, moisturizing properties, and modifiability. The aim of this article is to create hydrogel composites based on PVA with varying contents of hyaluronic acid and ZnO nanoparticles and to evaluate their antimicrobial activity. Methods. The structure of ZnO-containing hydrogels was studied by wide-angle X-ray diffraction using an XRD-7000 diffractometer. The size of ZnO nanoparticles and their distribution in the PVA-HA polymer matrix were analyzed using a JEM-1230 transmission electron microscope. The antimicrobial activity of hydrogels PVA-HA-ZnO was evaluated using the disk diffusion method against the opportunistic pathogens S. aureus, S. epidermidis, E. coli, and P. aeruginosa. Results. Analysis of microphotographs of PVA-HA-ZnO hydrogels containing 0.1 mass% ZnO, obtained by freezing for 6 h, showed the formation of ultrafine nanoparticles statistically distributed within the polymer matrix during the material synthesis process. The antimicrobial activity of hydrogel materials made from PVA, with varying concentrations of hyaluronic acid (3%, 5%, and 9%) and zinc oxide nanoparticles was evaluated. The concentration of ZnO in the hydrogels ranged from 0.05 to 1.0 mass%. Testing was conducted on opportunistic microorganisms, including Gram-positive bacteria (S. aureus, S. epidermidis) and Gram-negative bacteria (E. coli, P. aeruginosa). It was found that the samples demonstrated a concentration-dependent antimicrobial effect. Samples with a higher HA content (9 %) exhibited greater antibacterial activity, particularly against S. epidermidis. Biopolymer hydrogel materials containing higher concentrations of ZnO (0.5%–1.0%) showed effective antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as S. aureus and S. epidermidis. No antimicrobial effects were observed against Gram-negative bacteria, including E. coli and P. aeruginosa, in any of the tested samples. The antimicrobial activity of PVA-based hydrogel materials without added hyaluronic acid was also evaluated. These materials contained zinc acetate salts (Zn(OOCCH₃)₂), which were not reduced to form nanoparticles. The zinc acetate concentration recalculated as ZnO content was 1.0 mass%. Hydrogels containing zinc acetate were found to be more effective against Gram-positive bacteria, such as S. aureus and S. epidermidis. They showed significant effectiveness against E. coli, a Gram-negative bacterium, but were not effective against P. aeruginosa. Conclusions. The results confirm that the developed hydrogel materials have antimicrobial properties and hold promise as bioactive wound dressings for treating infected wounds. Further modification of the composition — particularly through the addition of nanoparticle mixtures, antibiotics, or antimicrobial peptides — may broaden the activity spectrum and enhance their effectiveness against multidrug-resistant microorganisms. Гідрогелеві матеріали на основі полівінілового спирту (ПВС) та гіалуронової кислоти (ГК) мають високий потенціал для застосування в лікуванні інфікованих ран завдяки своїй біосумісності, зволожувальним властивостям та здатності до модифікації. Метою роботи було створення гідрогелевих композитів на основі ПВС з різним вмістом гіалуронової кислоти та наночастинок ZnO і оцінка їхньої антимікробної активності. Методи Структуру гідрогелів, що містять ZnO, досліджували методом ширококутної рентгенівської дифракції на дифрактометрі XRD-7000. Розмір наночастинок ZnO та їх розподіл у полімерній матриці PVA-HA досліджували за допомогою просвічувального електронного мікроскопа JEM-1230. Антимікробну активність гідрогелів, що містять ПВА-ГК-ZnO, визначали диско-дифузійним методом щодо умовно патогенних мікроорганізмів S. aureus, S. epidermidis, E. coli, P. aeruginosa. Результати. Аналіз мікрофотографій полімерних гідрогелів PVA-HA-0,1 мас.% ZnO, отриманих шляхом заморожування протягом 6 год, показав, що в процесі синтезу матеріалів утворюються наночастинки ультрадисперсного розміру, які статистично розподілені в полімерній матриці. Проведено дослідження антимікробної активності гідрогелевих матеріалів на основі ПВС із різним вмістом гіалуронової кислоти (3, 5, 9%) і наночастинок оксиду цинку. Концентрація ZnO у гідрогелях варіювалася від 0,05 до 1,0 мас %. Тестування проводилося щодо умовно-патогенних мікроорганізмів, включаючи грам позитивні (S. aureus, S. epidermidis) та грам негативні (E. coli, P. aeruginosa) бактерії. Встановлено, що досліджені зразки мали концентраційну залежність антимікробного ефекту. Встановлено, що зразки з вищим вмістом ГК (9%) мали вищу антибактеріальну активність, зокрема проти S. epidermidis. Біополімерні гелеві матеріали з високими концентраціями ZnO (0,5%–1,0%) проявляють ефективну антимікробну дію проти грампозитивних бактерій, таких як S. aureus і S. epidermidis. Антимікробний ефект проти грамнегативних бактерій (E. coli, P. aeruginosa) не був зафіксований у жодному із зразків. Проведено оцінку антимікробної активності біополімерних гідрогелевих матеріалів, виготовлених на основі ПВС без додавання гіалуронової кислоти. До складу матеріалів вводили солі ацетату цинку (Zn(OOCCH3)2), які не були відновлені з утворенням наночастинок. Концентрація ацетату цинку в гідрогелях у розрахунку на частинки ZnO становила 1,0 % . Встановлено, що гідрогелі з ацетатом цинку були більш ефективними проти грампозитивних бактерій (S. aureus, S. epidermidis), мали високу активність проти грампозитивної бактерії E. coli, але не впливали на P. aeruginosa. Висновки. Отримані результати дозволяють стверджувати, що розроблені гідрогелеві матеріали характеризуються антимікробними властивостями та підтверджують перспективність їх як біоактивних перев’язувальних засобів для лікування інфікованих ран. Подальша модифікація складу — зокрема, додавання сумішей наночастинок, антибіотиків або антимікробних пептидів — може розширити спектр дії та підвищити ефективність проти мультирезистентної мікрофлори. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2026-05-17 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/372 10.15407/ Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 87 No. 6 (2025): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 49-58 Мікробіологічний журнал; Том 87 № 6 (2025): Мікробіологічний журнал; 49-58 2616-9258 1028-0987 10.15407/ en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/372/154 Copyright (c) 2026 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | Rybalchenko, N.P. Mozhaeva, L.L. Demchenko, V.L. Kunytskyi, D.V. Dolgoshey, V.B. Voronina, O.K. Matvienko, N.M. Рибальченко, Н.П. Можаєва, Л.Л. Демченко, В.Л. Куницький, Д.В. Долгошей, В.Б. Вороніна, О.К. Матвієнко, Н.М. Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles |
| title | Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles |
| title_alt | Антимікробна активність полімерних гідрогелів на основі полівінілового спирту та наночастинок ZnO |
| title_full | Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles |
| title_fullStr | Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles |
| title_full_unstemmed | Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles |
| title_short | Antimicrobial Activity of Polymer Hydrogels Based on Polyvinyl Alcohol and ZnO Nanoparticles |
| title_sort | antimicrobial activity of polymer hydrogels based on polyvinyl alcohol and zno nanoparticles |
| topic_facet | antimicrobial activity polyvinyl alcohol hyaluronic acid zinc nanoparticles антимікробна активність полівініловий спирт гіалуронова кислота наночастинки цинку |
| url | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/372 |
| work_keys_str_mv | AT rybalchenkonp antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT mozhaevall antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT demchenkovl antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT kunytskyidv antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT dolgosheyvb antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT voroninaok antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT matvienkonm antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT ribalʹčenkonp antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT možaêvall antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT demčenkovl antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT kunicʹkijdv antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT dolgošejvb antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT voronínaok antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT matvíênkonm antimicrobialactivityofpolymerhydrogelsbasedonpolyvinylalcoholandznonanoparticles AT rybalchenkonp antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT mozhaevall antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT demchenkovl antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT kunytskyidv antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT dolgosheyvb antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT voroninaok antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT matvienkonm antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT ribalʹčenkonp antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT možaêvall antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT demčenkovl antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT kunicʹkijdv antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT dolgošejvb antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT voronínaok antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno AT matvíênkonm antimíkrobnaaktivnístʹpolímernihgídrogelívnaosnovípolívínílovogospirtutananočastinokzno |