Российские ученые получили полимерные покрытия с антибактериальными свойствами
Ученые Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) совместно с коллегами из РТУ МИРЭА и Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе (НИИНА) впервые получили модифицированные порфиринами эпокси-аминные полимерные покрытия, которые продемонстрировали биоцидную активность против золотистого стафилококка — одного из самых устойчивых к воздействию антибиотиков патогенов. Антибактериальная активность готовых покрытий проявилась при добавлении всего 0,002 мас. % порфирина.
Органические соединения из группы порфиринов — эффективные фотосенсибилизаторы, которые при облучении светом способны к генерации активных форм кислорода. Последние, в свою очередь, являются сильными окислителями — они воздействуют на аминокислоты, полисахариды, липиды и другие компоненты бактериальной мембраны, тем самым разрушая ее. Этот эффект используют в фотодинамической терапии бактериальных инфекций, а также для получения биологически активных волокон, антимикробной хлопчатобумажной ткани, материалов для водоочистки и т. д.
В данной работе впервые изучена растворимость порфиринов в олигомерах, их совместимость с эпокси-аминной композицией, влияние полимерной матрицы на фотостабильность и биологическую активность порфиринов. Понимание этих факторов необходимо для создания эффективных биоцидных покрытий на основе эпокси-аминных систем.
Эпоксидные покрытия используются в самых разных областях. Материалы на основе эпоксидных олигомеров демонстрируют прекрасную адгезию к различным поверхностям, устойчивы к температурным и механическим воздействиям, имеют высокую химическую стойкость. Поэтому из них получаются прекрасные защитные покрытия. Однако бактерии способны закрепляться на поверхности эпоксидных покрытий, образуя патогенные биопленки и способствуя разрушению покрытия. Поэтому ученые ищут пути повышения биоцидной активности таких материалов.
«В своей работе мы решили включить в полимер биоцидный модификатор, который будет химически разрушать бактериальную мембрану и не даст формироваться бактериальной пленке. Порфирины и их производные — перспективные кандидаты на роль таких модификаторов. Эпоксидное покрытие, модифицированное порфирином, продемонстрировало выраженный бактериостатический эффект и, следовательно, может найти практическое применение», — рассказала одна из авторов работы Анастасия Цыклинская.
Ученые предложили оригинальный метод получения полимерных покрытий с использованием общего растворителя — хлороформа. Раствор порфирина в нем смешивали с олигоаминным отвердителем, куда затем был добавлен эпоксидный олигомер. Отверждение происходило благодаря взаимодействию эпоксидных групп с аминогруппами отвердителя, причем наличие малых количеств порфирина не влияло на закономерности этого процесса.
Известно, что при длительном облучении фоточувствительные вещества могут разлагаться и терять свою фотосенсибилизирующую активность. Включение фотосенсибилизатора в твердую матрицу также снижает ее способность генерировать активные формы кислорода. Однако проведенные авторами спектральные исследования показали, что порфирины в эпокси-аминной матрице под действием света не подверглись структурным изменениям, а также сохранили бактерицидную активность.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России.