ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ АНТИСЕПТИЧЕСКИХ МАТРИЦ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КЛЕТОК БАКТЕРИЙ

DETERMINATION OF SORPTION PROPERTIES OF ORGANOSILICON ANTISEPTIC MATRIX SYNTHESIZED WITH USING BACTERIAL CELLS

Elizaveta Lantsova

Postgraduate student, Tula State University, Russia, Tula

Evgeniya Saverina

Candidate of Chemical Sciences, Tula State University, Russian Federation, Tula,

Institute of Organic Chemistry RAS, Russia, Moscow

Аннотация. В статье рассматриваются гибридные антисептические кремнийсодержащие материалы с постепенным высвобождением октенидина дигидрохлорида. Матрицы сформированы на основе метилтриэтоксисилана и тетраэтоксисилана, 85 об.% к 15 об.%. Наиболее перспективным является антибактериальный материал на основе Ogataea polymorpha BKM Y-2559 с температурой отжига 600 °С.

Abstract. The article discusses a hybrid antiseptic organosilicate material that is effective against a wide range of microorganisms. The matrices are formed on the basis of methyltriethoxysilane and tetraethoxysilane, 85 to 15 vol.%. The most promising antibacterial material is based on Ogataea polymorpha BKM Y-2559 with an firing temperature of 600 °C.

Ключевые слова: антибактериальный материал; золь-гель; октенидиндигидрохлорид; порообразующий агент; антисептик.

Keywords: antibacterial material; sol-gel; octenidine dihydrochloride; pore-forming agent; antiseptic.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ, РНФ № 23-23-00410, https://rscf.ru/project/23-23-00410.

В настоящее время одной из глобальных проблем является образование устойчивых к антибиотикам биопленок[1, c.2]. Биопленка представляет собой сообщество микроорганизмов, покрытых полимерным матриксом из полисахаридов, нуклеиновых кислот и белков. Биопленки представляют собой серьезную проблему, поскольку бактерии в них защищены от противомикробных препаратов и иммунных реакций организма-хозяина благодаря возможности изменения метаболических процессов, а также замедленной диффузии в слое матрикса[2, c.3]. Биопленки оказывают значительное влияние на такие сферы жизни, как на медицину и здоровье людей, пищевую промышленность, сельское хозяйство, системы городского водоснабжения и очистки сточных вод, нефтяную отрасль, а также морские грузоперевозки [3, c.2].

Существуют различные виды стратегий борьбы с биопленками, одной из распространенных является предотвращение их формирования на поверхностях. Для этого используются традиционные жидкие формы антисептиков, а также гибридные материалы. Использование жидких форм связано с риском повышения резистентности микроорганизмов вследствие большого расхода антисептика и попадания его в окружающую среду, а также потери эффективности антимикробного агента. Для предотвращения негативных последствий происходит синтез гибридных антисептических композитов, препятствующих биообрастанию [4, c.23]. В качестве антимикробных агентов широко используются четвертичные аммониевые соединения, поскольку они способны проявлять антибактериальные, фунгицидные и антибиопленочные свойства. Для создания загрузочной матрицы может быть применен метод золь-гель синтеза. Золь-гель технология отличается простотой синтеза, экономичностью и экологичностью, возможностью получения инертных нетоксичных матриц с развитой пористой поверхностью [5, c.3]. Для получения загрузочных материалов с определенными размерами пор используют вещества-темплаты. К ним могут относится поверхностно-активные вещества [6, c.1]. Кроме того, возможно применение клеток микроорганизмов, поскольку применение одного и того же штамма позволяется добиться структуры с воспроизводящейся морфологией.

В работе определена возможность использования клеток дрожжей Ogataea polymorpha BKM Y-2559 как порообразующих шаблонов для синтеза гибридного антисептического кремнийсодержащего материала. В качестве антисептического вещества был использован октенидин дигидрохлорид, который является четвертичным аммониевым соединением.      

Для формирования золь-гель матриц применены метилтриэтоксисилан и тетраэтоксисилан в объемном соотношении 85 об.% к 15 об.%, поскольку ранее было подтверждено, что клетки дрожжей полностью инкапсулированы в такую матрицу [7,  c.5]. Также были синтезированы матрицы без применения клеток. Матрицы были отожжены в муфельной печи при 200 °С и 600 °С      для удаления дрожжей из структуры. С помощью УФ-спектроскопии определены сорбционные и десорбционные свойства полученных материалов (рис. 1, рис.2).

Рисунок 1. Высвобождение октенидина дигидрохлорида из матриц, синтезированных с использованием клеток дрожжей

Рисунок 2. Высвобождение октенидина дигидрохлорида из матриц, синтезированных без использования клеток

Матрицы с температурой отжига 600 °С характеризуются большей загрузкой октенидина (табл.1)  и большим процентом высвобождения. При сравнении матриц, полученных с использованием клеток дрожжей и без клеток, наиболее перспективной является матрица с клетками и температурой отжига 600 °С.

Таблица 1.

Определение сорбционных и десорбционных свойств

Таким образом, матрица на основе клеток дрожжей Ogataea polymorpha BKM Y-2559, отожженная при температуре 600 °С, с загруженным октенидином дигидрохлоридом может быть использована в качестве антибактериального материала.