ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Для створення різноманітних матеріалів з антимікробними властивостями широко використовуються іони або наночастинки срібла, які вводяться, зокрема, в полімерні композити. Однак противірусна та протимікробна дія наночастинок срібла, що контактують з навколишнім середовищем, пов'язана з їхнім розміром, зі зменшенням розміру наночастинок, їхня ефективність різко зростає. У цій роботі як полімерну основу використовували біодеградабельний полімер полілактид (ПЛА), який отримують шляхом поліконденсації молочної кислоти або полімеризації лактиду з розкриттям циклу. Ці дослідження в подальшому сприятимуть розробці нових безпечних матеріалів, зокрема при створенні пакувальних матеріалів для харчових продуктів, що на сьогодні, безперечно, є актуальною проблемою.

Метою роботи було одержання срібловмісних полімерних композитів на основі полілактиду шляхом термохімічного відновлення іонів Ag⁺ з використанням природного (хітозан) та синтетичного (поліетиленімін (ПEI)) полімерів та вивчення структури, морфології, термомеханічних та протимікробних властивостей одержаних нанокомпозитів.

Термохімічне відновлення іонів Ag⁺ у об’ємі полімерних плівок, що містили ПЛА, пальмітат срібла та відновник, проводили, витримуючи їх при температурі 100–170 °С протягом 5 хвилин. Зразки нагрівали в пічці з використанням високоточного терморегулятора ВРТ-3. Точність регулювання температури становила ± 0.5 °С. В результаті відновлення плівки набувають сріблястого кольору, вміст Ag в об’ємі плівок становив від 1 до 4 мас. %, товщина плівок становила 110 мкм. Структура, морфологія, термомеханічні та антимікробні властивості двох типів нанокомпозитів ПЛА-Ag-поліетиленімін (ПЕІ) та ПЛА-Ag-хітозан, сформованих шляхом термохімічного відновлення Ag⁺ у полімерних плівках, досліджено за допомогою ширококутного розсіювання рентгенівських променів на приладі ДРОН-4-07, трансмісійної  електронної мікроскопії (TEM) (JEM-1230 JEOL, Японія), термомеханічного аналізу (УІП-70 М), а також антимікробних випробувань. Встановлено, що термохімічне відновлення іонів Ag⁺ в об’ємі полімерних плівок при використанні синтетичного або природного полімера (ПЕІ або хітозану) як відновника та стабілізуючого агента наночастинок срібла відбувається при 160 °С протягом 5 хвилин. Встановлено, що середній розмір наночастинок Ag у полімерній матриці дорівнює ~ 7 та ~ 4 нм при використанні ПЕІ та хітозану відповідно. Показано, що нанокомпозити ПЛА-Ag-хітозан мають значно вищу протимікробну активність щодо штамів S. aureus та E. coli порівняно з нанокомпозитами ПЛА-Ag-ПEI.

1. Yanovska G.O., Kuznetsov V.M., Stanislavov O.S., Illiashenko V.Yu. Coatings based on hydroxyapatite, chitosan, and silver for biomedical application. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2012. 3(3): 346. [in Ukrainian].

2. Bogatyrov V.M., Oranska O.I., Galaburda M.V., Gerashchenko I.I., Osolodchenko T.P., Yusypchuk V.I. Silica nanocomposites doped with silver, copper, or zinc compound and their antimicrobial properties. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2016. 7(1): 44. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/hftp07.01.044

3. Zezin A.A. Synthesis of metal-polymer complexes and functional nanostructures in films and coatings of interpolyelectrolyte complexes. Polym. Sci. Ser. A. 2019. 61(6): 754. https://doi.org/10.1134/S0965545X19060154

4. Demchenko V., Shtompel' V., Riabov S., Lysenkov E. Constant electric and magnetic fields effect on the structuring and thermomechanical and thermophysical properties of nanocomposites formed from pectin-Cu²⁺-polyethyleneimine interpolyelectrolyte-metal complexes. Nanoscale Res. Lett. 2015. 10(1): 479. https://doi.org/10.1186/s11671-015-1181-z

5. Zezin A.A. Synthesis of Hybrid Materials in Polyelectrolyte Matrixes: Control over Sizes and Spatial Organization of Metallic Nanostructures. Polym. Sci. Ser. C. 2016. 58(1): 118. https://doi.org/10.1134/S1811238216010136

6. Long D., Wu G., Chen S. Preparation of oligochitosan stabilized silver nanoparticles by gamma irradiation. Rad. Phys. Chem. 2007. 76: 1126. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2006.11.001

7. Yoksan R., Chirachanchai S. Silver nanoparticles dispersing in chitosan solution: Preparation by γ-ray irradiation and their antimicrobial activities. Mater. Chem. Phys. 2009. 115(1): 296. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.12.001

8. Demchenko V., Riabov S., Sinelnikov S., Radchenko O., Kobylinskyi S., Rybalchenko N. Novel approach to synthesis of silver nanoparticles in interpolyelectrolyte complexes based on pectin, chitosan, starch and their derivatives. Carbohydr. Polym. 2020. 242: 1. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116431

9. Roto R., Rasydta H.P., Suratman A., Aprilita N.H. Effect of reducing agents on physical and chemical properties of silver nanoparticles. Indonesian Journal of Chemistry. 2018. 18: 614. https://doi.org/10.22146/ijc.26907

10. Kaewvilai A., Wattanathana W., Jongrungruangchok S., Veranitisagul C., Koonsaeng N., Laobuthee A. 3,4-Dihydro-1,3-2H-benzoxazines: novel reducing agents through one electron donation mechanism and their application as the formation ofnano-metallic silver coating. Mater. Chem. Phys. 2015. 167: 9. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.10.011

11. Nair L.S., Laurencin C.T. Silver nanoparticles: Synthesis and therapeutic applications. J. Biomed. Nanotechnol. 2007. 3(4): 301. https://doi.org/10.1166/jbn.2007.041

12. Roto R., Rasydta H.P., Suratman A., Aprilita N.H. Effect of Reducing Agents on Physical and Chemical Properties of Silver Nanoparticles Indones. J. Chem. 2018. 18: 614. https://doi.org/10.22146/ijc.26907

13. Case C.L., Johnson T.R. Laboratory experiments in microbiology. (California: Benjamin Cummings Pub Inc, 1984).

14. Matkovska L., Iurzhenko M., Mamunya Y., Matkovska O., Demchenko V., Lebedev E., Boiteux G., Serghei A. Electrophysical behavior of ion-conductive organic-inorganic polymer system based on aliphatic epoxy resin and salt of lithium perchlorate. Nanoscale Res. Lett. 2014. 9: 674. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-674

15. Galchun A., Korab N., Kondratenko V., Demchenko V., Shadrin A., Anistratenko V., Iurzhenko M. Nanostructurization and thermal properties of polyethylenes' weld. Nanoscale Res. Lett. 2015. 10: 138. https://doi.org/10.1186/s11671-015-0832-4

16. Demchenko V.L., Kobylinskyi S.M., Riabov S.V., Shtompel V.I., Iurzhenko M.V., Rybalchenko N.P. Novel approach to formation of silver-containing nanocomposites by thermochemical reduction of Ag+ ions in interpolyelectrolyte-metal complexes. Appl. Nanosci. 2020. 10(12): 5409. https://doi.org/10.1007/s13204-020-01368-0

17. Palza H. Antimicrobial Polymers with Metal Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2015. 16(1): 2099. https://doi.org/10.3390/ijms16012099