Юрий Почанин - Применение антимикробных полимерных материалов в медицине и при упаковке продуктов питания

Мягкие полихлоридвиниловые продукты являются хорошим примером того, как органические системы успешно защищают от микробиологического распада, а именно черных и розовых пятен. В действительности сам по себе полихлоридвинил может увеличить число микробов, и этот эффект усиливается, когда его используют для изделий, используемых во влажной среде, например, водонепроницаемые материалы.

Самыми известными металлоорганическими антимикробными соединениями являются материалы, содержащие мышьяк, такие как оксибисфеноксиарсин (OBPA). Несмотря на то, что эти добавки очень эффективны и экономичны, их использование ограничено по экологическим соображениям и их долгосрочной токсичности. В результате, спрос на химические соединения, не содержащие мышьяк, такие как неметаллические изотиазолины семейства биоцидов и другие типы, а именно триклозан (также известный как хлорированный дифинил) стремительно растет. В настоящее время предсказывают, что в Европе рост достигнет значения в пределах от 10 до 20 процентов в год.

Из органических соединений антимикробным действием обладает этиловый спирт, фенол, крезол, формальдегид и др. Этиловый спирт (50-70%) оказывает более сильное действие, чем концентрированный. Широко используемый в санитарно- бактериологической практике ароматический спирт фенол, или карболовая кислота, взаимодействует с цитоплазматической мембраной, вызывая растворение липидов и нарушая этим самым ее основное свойство – полупроницаемость. Вегетативные клетки бактерий быстро гибнут от 3-5% раствора фенола. Очень ядовит также формальдегид. Он вступает во взаимодействие с аминными группами пептидов и аминокислот, связывает их и в результате нарушает физиологическую деятельность клетки.

К числу органических соединений, обладающих антимикробным действием, относится и ряд веществ, полученных путем химического синтеза. Наибольшей известностью пользуются сульфамидные препараты, применяемые в химиотерапии для уничтожения патогенных бактерий. По структуре формулы сульфамиды весьма сходны с важным клеточным метаболитом – парааминобензойной кислотой (ПАБК).

Сульфамидные препараты выступают конкурентами ПАБК и в случае избытка их в организме включаются (вместо ПАБК) в комплекс фолиевой кислоты. Однако функции ПАБК они выполнять не могут. Ферментативные реакции, зависящие от наличия фолиевой кислоты, расстраиваются, нарушается жизнедеятельность клетки. Эти вещества, являющиеся конкурентами или антагонистами естественных метаболитов клетки, получили название антиметаболитов. Все они обладают антимикробным действием.

Органические системы представляют собой низкомолекулярные, легкомигрирующие соединения, иногда содержащие ион металла. Они несовместимы с полимером, поэтому мигрируют на поверхность изделия и вступают во взаимодействие с микроорганизмами. Добавки постепенно вымываются с поверхности изделия и защитный слой восстанавливается за счёт запаса в массе изделия.

Номенклатура применяемых добавок довольно широка, около 20-и производителей выпускают порядка 80-и наименований антимикробных добавок. Среди основных соединений можно назвать:

– 10,10–оксибисфеноксиарсин (ОВРА);

– трихлоргидроксидифенилэфир (Triclosan);

– n-октил-изотиазолинон (OIT);

– 4,5-дихлор-2-n-октил-4-изотриазолин-3-он (DCOIT);

– меркаптопиридина оксид (Рyrithione);

– бутил-бензтиазолинон (Butyl-BIT);

– N-фтордихлорметилтиофталимид (Sanitized PL);

– металлсодержащие биостабилизаторы – оловоорганические соединения и соединения серебра;

– полимеры, обладающие антимикробным действием (полифосфонаты, поли-N-галогенпиридин, поли (стирол-дивинилбензол) сульфамид).

В настоящий момент на рынке биостабилизаторов бесспорное лидерство за соединениями мышьяка, а точнее 10, 10–оксибисфеноксиарсином (ОВРА). За этим соединением остаётся около 70% рынка, что обусловлено оптимальным соотношением цена/качество.

В настоящее время появляется тенденция к использованию минимально токсичных соединений, и всё больше применяются антимикробные агенты, не содержащие мышьяка – например, изотиазолины (более эффективны, чем ОВРА), трихлорметилфталамиды или неорганические соединения серебра и цинка (в основном, цеолиты).

В упаковочном производстве необходимо применять новые упаковочные материалы с избирательной проницаемостью, создающие барьер на пути излишне интенсивного газо- и влагообмена, поступления микрофлоры извне, препятствующие развитию нежелательных микроорганизмов на упаковываемых изделиях.

Наиболее дешевым бактерицидным упаковочным материалом может служить многослойная полиэтиленовая пленка, полученная методом экструзии с сорбционным материалом на основе кремнийорганического сорбента, модифицированного медью. Эта многослойная полиэтиленовая пленка используется для паллетирования грузов на поддонах. Она состоит из основного слоя и содержит в качестве основного компонента линейный полиэтилен и, по меньшей мере, одного слоя адгезивного материала, несовместимого с линейным полиэтиленом. Многослойная полиэтиленовая пленка выполнена в форме рукава.

Более дорогим бактерицидным упаковочным материалом может служить полиэтилен, в отверстия которого внедрены бактерицидные компоненты (например, наночастицы серебра или меди). Способ получения бактерицидного материала включает формирование необходимой формы из полимерной основы, формирование отверстий в полимерной основе за счет облучения высокоэнергетическими частицами, заполнения отверстий, бактерицидными компонентами. Таким образом, бактерицидные компоненты бактерицидного материала, в котором упакованы любые продукты питания или медицинские средства, будут препятствовать процессу развития микроорганизмов и бактерий. Бактерицидный материал может быть изготовлен следующим образом. В качестве полимерной основы используют полиэтиленовая пленка, толщиной 30 мкм. Она располагается в вакуумной камере и облучается пучком ионов ксенона с энергией 1,2 МЭВ/нуклон в течение 10 минут. Благодаря этому в пленке создаются несквозные отверстия (для прохождения пленки насквозь энергия нуклонов должна быть большей), диаметром до 30 нм. Полиэтиленовая пленка располагается в ванне с водной суспензией наночастиц серебра (диаметр наночастицы серебра также должен быть менее 30 нм) на 15 минут. Положительный и отрицательный электроды ванны изготовлены в виде пластин, которые располагаются параллельно пленке, со стороны с отверстиями и без. Наночастицы серебра двигаются от положительного электрода к отрицательному и попадают в отверстия полиэтиленовой пленке, где и осаждаются. полимерный композит антисептический канифоль