ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

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

Для створення плівкових матеріалів з антимікробними властивостями широко використовуються наночастинки срібла, які вводяться, зокрема, в полімерні матриці. У цій роботі як полімерну основу використовували суміш полімерів полілактид-полікапролактон, взятих у масовому співвідношенні 80÷20. 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 створення срібловмісних полімерних композитів на основі суміші полілактиду і полікапролактону шляхом вакуумного напилення наночастинок срібла на поверхню полімерної матриці та вивчення структури, морфології, теплофізичних, антимікробних та генотоксичних властивостей одержаних композитів.

Напилення наночастинок срібла на поверхню суміші біополімерів ПЛА-ПКЛ виконували за допомогою приладу FC-1100 ion sputtering device (JEOL, Japan) протягом 1, 3 та 5 хв. Товщина плівок становила 110 мкм. Структура, морфологія, теплофізичні, антимікробні та генотоксичні властивості композитів, сформованих шляхом напилення наночастинок срібла на поверхню полімера, досліджено за допомогою ширококутного розсіювання рентгенівських променів на приладі XRD-7000 (Shimadzu, Японія), трансмісійної  електронної мікроскопії (TEM) (JEM-1230 JEOL, Японія), термогравіметричного аналізу (TGA Q50) (TA Instruments, USA), диференціальної сканувальної калориметрії (DSC Q2000) (TA Instruments, USA), а також антимікробних та генотоксичних випробувань.

Методом рентгеноструктурного аналізу було встановлено, що вихідні біополімери характеризуються напівкристалічною структурою та підтверджено наявність металічного срібла на поверхні полімера. Показано, що на поверхні суміші ПЛА-ПКЛ утворюється шар частинок срібла товщиною близько 425 нм за час напилення 5 хв.

За результатами диференціальної сканувальної калориметрії було виявлено, що при напиленні частинок срібла на поверхню біополімерів підвищується ступінь кристалічності з 35 до 39 % та температура плавлення Т_пл з 168до 169–170 °С. При цьому впливу металевого шару срібла на аморфну фазу полімера не зафіксовано. Виявлено антимікробну активність зразків ПЛА-ПКЛ-Ag з тривалістю напилення 3 та 5 хв щодо мікроорганізмів S. aureus та E. coli. Було встановлено, що досліджувані зразки не проявляли токсичного ефекту.

1. Demchenko V.L., Shtompel V.I. Structuring, Morphology, and Thermomechanical Properties of Nanocomposites Formed from Ternary Polyelectrolyte-Metal Complexes Based on Pectin, Polyethyleneimine, and CuSO4. Polym. Sci. Ser. B. 2014. 56: 927. https://doi.org/10.1134/S1560090414060049

2. Demchenko V.L., Shtompel V.I., Riabov S.V. DC Field Effect on the Structuring and Thermomechanical and Electric Properties of Nanocomposites Formed from Pectin-Cu2+-Polyethyleneimine Ternary Polyelectrolyte-Metal Complexes. Polym. Sci. Ser. A. 2015. 57: 635. https://doi.org/10.1134/S0965545X15050065

3. Pavoski G., Kalikoski R., Souza G., Brum L.F.W., dos Santos C., Markeb A.A., dos Santos J.H.Z., Font X., Dell'erba I., Galland G.B. Synthesis of polyethylene/silica-silver nanocomposites with antibacterial properties byin situ polymerization. Eur. Polym. J. 2018. 106: 92. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2018.07.011

4. Oliveira M.M., Ugarte D., Zanchet D., Zarbin A.J. Influence of synthetic parameters on the size, structure, and stability of dodecanethiol-stabilized silver nanoparticles. J. Colloid Interface Sci. 2005. 292(2): 429. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.05.068

5. Rakowska P.D., Tiddia M., Faruqui N., Bankier C., Pei Y., Pollard A.J., Zhang J., Gilmore I.S. Antiviral surfaces and coatings and their mechanisms of action. Commun. Mater. 2021. 2: 53. https://doi.org/10.1038/s43246-021-00153-y

6. Li J., Zhuang S. Antibacterial activity of chitosan and its derivatives and their interaction mechanism with bacteria: current state and perspectives. Eur. Polym. J. 2020. 138: 109984. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2020.109984

7. Abbas M., Buntinx M., Deferme W., Peeters R. (Bio)polymer/ZnO Nanocomposites for Packaging Applications: A Review of Gas Barrier and Mechanical Properties. Nanomaterials. 2019. 9(10): 1494. https://doi.org/10.3390/nano9101494

8. Li G., Zhao M., Xu F., Yang B., Li X., Meng X., Teng L., Sun F., Li Y. Synthesis and Biological Application of Polylactic Acid. Molecules. 2020. 25(21): 5023. https://doi.org/10.3390/molecules25215023

9. Singhvi M.S., Zinjarde S.S., Gokhale D.V. Polylactic acid: synthesis and biomedical applications. J. Appl. Microbiol. 2019. 127(6): 1612. https://doi.org/10.1111/jam.14290

10. Sikorska W., Zięba M., Musioł M., Kowalczuk M., Janeczek H., Chaber P., Masiuchok O., Demchenko V., Talanyuk V., Iurzhenko M., Puskas J.E., Adamus G. Forensic Engineering of Advanced Polymeric Materials-Part VII: Degradation of Biopolymer Welded Joints. Polymers. 2020. 12(5): 1167. https://doi.org/10.3390/polym12051167

11. Masiuchok O., Iurzhenko M., Kolisnyk R., Mamunya Y., Godzierz M., Demchenko V., Yermolenko D., Shadrin A. Polylactide/carbon black segregated composites for 3D printing of conductive products. Polymers. 2022. 14(19): 4022. https://doi.org/10.3390/polym14194022

12. Beltrán F.R., Arrieta M.P., Moreno E., Gaspar G., Muneta L.M., Carrasco-Gallego R., Yáñez S., Hidalgo-Carvajal D., de la Orden María U., Urreaga J.M. Evaluation of the Technical Viability of Distributed Mechanical Recycling of PLA 3D Printing Wastes. Polymers. 2021. 13(8): 1247. https://doi.org/10.3390/polym13081247

13. Nootsuwan N., Sukthavorn K., Wattanathana W., Jongrungruangchok S., Veranitisagul C., Koonsaeng N., Laobuthee A. Development of Antimicrobial Hybrid Materials from Polylactic Acid and Nano-silver Coated Chitosan. Orient. J. Chem. 2018. 34(2): 683. https://doi.org/10.13005/ojc/340210

14. Velgosova O., Mačák L., Lisnichuk M., Vojtko M. Synthesis and Analysis of Polymorphic Silver Nanoparticles and Their Incorporation into the Polymer Matrix. Polymers. 2022. 14(13): 2666. https://doi.org/10.3390/polym14132666

15. García B.O., Kharissova O.V., Dias R., Aguirre-Tostado F.S., Leyva C., González L.T., Kharisov B.I. A Comparison of Different Methods of MWCNTs Metalation in a Single Step Using Three Different Silver-containing Compounds. Recent Pat. Nanotechnol. 2019. 13(1): 59. https://doi.org/10.2174/1872210513666190225095537

16. Tatarchuk V.V., Sergievskaya A.P., Korda T.M., Druzhinina I.A., Zaikovsky V.I. Kinetic Factors in the Synthesis of Silver Nanoparticles by Reduction of Ag+ with Hydrazine in Reverse Micelles of Triton N-42. Chem. Mater. 2013. 25(18): 3570. https://doi.org/10.1021/cm304115j

17. Gupta A., Briffa S.M., Swingler S., Gibson H., Kannappan V., Adamus G., Kowalczuk M., Martin C., Radecka I. Synthesis of Silver Nanoparticles Using Curcumin-Cyclodextrins Loaded into Bacterial Cellulose-Based Hydrogels for Wound Dressing Applications. Biomacromolecules. 2020. 21(5): 1802. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.9b01724

18. Clinical and Laboratory Standards Institute NCCLS. Performance standards for antimicrobial susceptibility testing; fifteenths informatonal supplement. CLSI/NCCLS document M100-S15. Clinical and Laboratory Standards Institute. Wayne. PA. 2005.

19. Brouillard J.E., Terriff C.M., Tofan A., Garrison M.W. Antibiotic selection and resistance issues with fluoroquinolones and doxycycline against bioterrorism agents. Pharmacotherapy. 2006. 26(1): 3. https://doi.org/10.1592/phco.2006.26.1.3

20. Rodriguez-Garraus A., Azqueta A., Vettorazzi A., López de Cerain A. Genotoxicity of Silver Nanoparticles. Nanomaterials. 2020. 10(2): 251. https://doi.org/10.3390/nano10020251

21. Shtompel' V.I., Kercha Yu.Yu. Structure of Linear Polyurethanes. (Kiyv: Naukova dumka, 2008). [in Russian].

22. Borukaev T.A., Shaov A.Kh., Kharaev A.M., Borodulin A.S. Influence of the compatibilizer on the properties of composites based on low density polyethylene and polybutylene terephthalate. E3S Web of Conferences. 2023. 413: 1. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202341302037

23. Körber S., Moser K., Diemert J. Development of high temperature resistant stereocomplex PLA for injection moulding. Polymers. 2022. 14(3): 384. https://doi.org/10.3390/polym14030384