Авг 27 2001

СИНТЕТИЧЕСКИЕ СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СИНТЕТИЧЕСКИЕ СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

С БАКТЕРИЦИДНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ ОЧИСТКИ

ВОДНЫХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД

Т.И. Денисова, Д.И. Швец, Н.М. Опенько

Институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины, г. Киев

Одним из негативных последствий научно-технического прогресса вследствие урбанизации, интенсификации промышленного производства и водоиспользования является усиление техногенного влияния на окружающую среду. Особенно актуальным на современном этапе является защита водоемов, питьевой воды и сточных вод от одной из разновидностей биологического загрязнения окружающей среды патогенными энтеро-бактериями. Последние являются причиной возникновения эпидемий водного происхождения, вызывающие инфекционные заболевания (холерные вибрионы, кишечная палочка, стафилококк).

Современные методы обеззараживания воды от патогенных микроорганизмов недостаточно эффективны из-за высокой устойчивости вирусов и бактерий к действию физико-химических факторов (окисление, хлорирование, УФ-облучение, обработка электрическим или магнитным полями и др.) и селекции устойчивых штаммов микроорганизмов. Весьма перспективным для очистки различных сред от энтеробактерий является применение сорбционных материалов, которые могут эффективно инактивировать патогенную микрофлору за счет поверхностной адсорбции клеток вследствие различных межмолекулярных и ионных взаимо-действий с белковыми группировками, входящими в состав клеточных стенок оболочек, мембранных структур бактерий (электростатические, Ван-дер-ваальсовские, образование водородных связей, хемосорбция и т.д.). Известно, что модифицирование сорбционных материалов ионами меди, цинка повышает адсорбционную и бактерицидную способность сорбентов за счет комплексообразования последних с азот- и кислородсодержащими группами, входящими в состав микробных клеток [1].

В настоящей работе показана принципиальная возможность применения модифицированных форм органокремнеземов и углеродных во-

локнистых материалов для извлечения грамположительных и грам-отрицательных патогенных микроорганизмов, холерного вибриона из различных сред.

В качестве сорбентов использовали органокремнеземные сорбенты (ОК) - силико-полиметилсилоксаны и волокнистые углеродные сорбенты (ткань АУМВ-Днепр и войлок), модифицированные ионами металлов (меди, цинка) по методам, разработанным в ИСПЭ НАН Украины [2,3]. Сорбционную способность исследуемых органокремнеземных сорбентов и их модифицированных ионами металлов форм изучали в физиологическом растворе по отношению к микроорганизмам различной природы: грам-положительной бактерии кишечной палочки (Е.coli 0124), грам-отрицательный золотистый стафилококк (St. aureus штамм 209) и синегнойной палочки (Ps. аeroginosa штамм 103) на кафедре микробиологии КИУВ. Посев выполняли на плоские питательные среды (агар ЭНДО и МПА) в зависимости от используемых в опыте культур. В качестве контроля принимали суспензию микроорганизмов с исходной концентрацией 109 микробных клеток в 1 см3 без введенных в нее сорбционных материалов. Оценку результатов проводили по разнице высеянных микроорганизмов в опытах и контроле.

Величину уровня сорбции (%) к патогенной микрофлоре на органокремнеземных сорбентах в статических условиях определяли как среднее арифметическое из 3-х параллельных опытов.

Изучение сорбционной способности углеродного волокнистого сорбента по отношению к холерному вибриону 3 музейных штамма, выделенных из умерших от холеры, а также из морской воды в районе эпидемий (пробы 1995 г.) проводили в Институте эпидемиологии инфекционных заболеваний им. Л.В. Громашевского и в жидкой питательной среде готовили растворы следующих концентраций: 10 тыс. микробных тел/мл, 100 тыс. микробных тел/мл и 1 млн. микробных тел/мл.

Сорбционные материалы перед использованием стерилизовали на протяжении 3-х часов в автоклаве.

В связи с тем, что ионы меди (II) оказывают бактериостатическое действие на Е.coli при концентрации последней 0,7-1,0 мг/мл, а ионы цинка еще выше [4] в эксперименте использовали металлсодержащие органокремнеземные сорбенты с количеством модифицирующего реагента в интервале 1-30 мг/г.

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что сами органокремнеземы сорбируют патогенные микроорганизмы, при этом уровень сорбции изменяется в зависимости от состава сорбента максимальная сорбция E.coli органокремнеземом наблюдается при рН 7,2 и составляет 50-70 % в зависимости от состава сорбента. Для стафилококка и синегнойной палочки уровень сорбции бактерий также зависит от соотношения гидрофильной и гидрофобной компоненты в составе двухкомпонентного кремнийорганического полимера и равен 50-60 % и 25-50 % соответственно. Наиболее высокой сорбционно-ингибирующей способностью по отношению к исследуемым микроорганизмам обладает органокремнеземный сорбент с соотношением гидрофильной и гидрофобной компоненты 50:50 % мас., что связано с особенностями его пористой структуры (преобладание мезопор) и химии поверхности, когда количество активных одиночных гидроксильных групп на поверхности сорбента наибольшее и возможно образование водородных связей с ОН-, СООН- группами поверхностных структур микробных клеток.

Таблица 1. Сорбционная способность органокремнеземных сорбентов к патогенной микрофлоре в физиологическом растворе при рН 7.2

Состав органокремнезема, % мас.

Уровень сорбции, %

Е.coli

St. aureus

Ps. аeruginosa

30:70

50:70

70:30

50

71

65

58

60

52

35

50

25

Влияние ионов металлов с бактерицидными свойствами проявляется в увеличении сорбционной способности модифицированных форм изучаемых сорбентов по отношению к различным типам клеток бактерий (стафилококки, палочковидные и вибрионы). Это видно из данных, приведенных на рис.1 и рис.2., когда независимо от природы сорбционного материала (дисперсные органокремнеземы, волокнистые углеродные материалы), модифицирование ионами меди (II) приводит к увеличению сорбции патогенных микроорганизмов и холерного вибриона до 95-100 %. Меньшие значения уровней сорбции микроорганизмов на органокремнеземах, модифицированных ионами цинка (II) при содержании модифицирующего реагента до 12 мг/г, можно объяснить тем, что ионы цинка оказывают свое бактериостатическое действие на микроорганизмы при концентрации его солей больше, чем 13-15 мг/мл. Для образцов, содержащих 30 мг/г цинка

OK (Cu)

ОК (Zn)

уровень сорбции в ряду: синегнойная палочка

Анализ полученных результатов показал, что ингибирующий эффект (70-98 % уровень сорбции) по отношению к кишечной палочке, золотистому стафилококку и синегнойной палочки для медьсодержащих органокремнеземных сорбентов наблюдается при содержании нанесенной на сорбент меди 0,98 мг/г, а для цинк-содержащих сорбентов – 30 мг/г. Сорбционная способность углеродной ткани по отношению к холерному вибриону (10 тыс. микробных тел/мл) больше, чем модифицированного углеродного войлока, а ингибирующий эффект 95-100% наблюдается уже при содержании меди 1,5 мг/г (рис.2). Следует отметить, что при увеличении содержания холерного вибриона в воде от 10 тыс. микробных тел/мл до 1 млн. микробных тел/мл наблюдалось 100% извлечение холерного вибриона модифицированной ионами меди (II) углеродной тканью АУМВ-Днепр, как в статических, так и динамических условиях.

Простота способа получения модифицированных ионами меди (II) синтетических сорбционных материалов с бактерицидными свойствами, их выраженный сорбционный эффект по отношению к таким патогенным микроорганизмам, как кишечная палочка, стафилококк, синегнойная палочка, холерный вибрион позволит эффективно проводить очистку различных сред (водных, водно-солевых, биологических) от болезнетворных микробов при их практическом использования.

Литература

1. Уильямс Д. Металлы жизни. Москва.: Мир., 1975.

2. Патент Украины № 17528А. Бактерицидный сорбционный материал для очистки воды от холерного вибриона и способ его получения / Опубл. 31.10.94.Бюл. № 5.

3. Патент Украины № 35287А. Бактерицидный сорбционный материал / СтрелкоВ.В., Денисова Т.И., Швец Д.И./ Опубл. 15.03.2001, бюл. № 2.

4. Григорьев А.В., Земсков В.С., Шор-Чудневский М.Е., Картель Н.Т., Медведев С.Л. Взаимодействие металлосодержащих угольных сорбентов с патогенной микрофлорой. // Клиническая хирургия. – 1990, № 3. –С. 42-44.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.