RU2752860C1 - Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом - Google Patents

Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом Download PDF

Info

Publication number
RU2752860C1
RU2752860C1 RU2021107392A RU2021107392A RU2752860C1 RU 2752860 C1 RU2752860 C1 RU 2752860C1 RU 2021107392 A RU2021107392 A RU 2021107392A RU 2021107392 A RU2021107392 A RU 2021107392A RU 2752860 C1 RU2752860 C1 RU 2752860C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antibacterial
bactericidal
tpp
materials
polylactide
Prior art date
Application number
RU2021107392A
Other languages
English (en)
Inventor
Юлия Викторовна Тертышная
Ксения Александровна Жданова
Максим Сергеевич Захаров
Наталья Александровна Брагина
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран)
Priority to RU2021107392A priority Critical patent/RU2752860C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2752860C1 publication Critical patent/RU2752860C1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/33—Heterocyclic compounds
    • A61K31/395—Heterocyclic compounds having nitrogen as a ring hetero atom, e.g. guanethidine or rifamycins
    • A61K31/40—Heterocyclic compounds having nitrogen as a ring hetero atom, e.g. guanethidine or rifamycins having five-membered rings with one nitrogen as the only ring hetero atom, e.g. sulpiride, succinimide, tolmetin, buflomedil
    • A61K31/409—Heterocyclic compounds having nitrogen as a ring hetero atom, e.g. guanethidine or rifamycins having five-membered rings with one nitrogen as the only ring hetero atom, e.g. sulpiride, succinimide, tolmetin, buflomedil having four such rings, e.g. porphine derivatives, bilirubin, biliverdine
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/04—Antibacterial agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/22—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains four or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3412—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having one nitrogen atom in the ring
    • C08K5/3415—Five-membered rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B47/00—Porphines; Azaporphines

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Oncology (AREA)
  • Communicable Diseases (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области полимерных материалов, конкретно к биоразлагаемым полимерным композиционным материалам с антибактериальными свойствами и может быть использовано для придания поверхностям бактерицидных свойств, для изготовления бактерицидных упаковочных материалов и предметов медицинского назначения с антибактериальными свойствами. Предложен бактерицидный полимерный композиционный материал на основе полилактида, включающий в качестве антибактериального агента производное тетрафенилпорфирина, которое представляет собой 5,10,15,20-тетракис(4-н-гексилоксифенил)порфирин. Материал может быть выполнен в форме бактерицидной пленки или в форме бактерицидного нетканого волокнистого материала. Технический результат - близкая или более высокая антибактериальная активность при меньшем количественном содержании антибактериального агента, высокая эластичность и меньшая степень кристалличности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области полимерных материалов, конкретно к биоразлагаемым полимерным композиционным материалам с антибактериальными свойствами и может быть использовано для придания поверхностям бактерицидных свойств, для изготовления бактерицидных упаковочных материалов и предметов медицинского назначения с антибактериальными свойствами.
Несмотря на развитие медицины, патогенные микроорганизмы представляют собой угрозу для здоровья человека. Источником распространения инфекции могут стать поверхности, к которым прикасается большое количество людей - поручни в общественном транспорте, оборудование в торговых и медицинских учреждениях, внутренние поверхности в лифтах, платежные терминалы и т.д., а также упаковочные материалы и материалы, используемые для изготовления предметов медицинского назначения. По имеющимся оценкам, 65-80% всех инфекций связаны с биопленками [L. Hall-Stoodley, J.W. Costerton, P. Stoodley, Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases, Nat. Rev. Microbiol. 2 (2004), 95-108]. Поэтому в настоящее время актуальны исследования, связанные с разработкой и изготовлением антибактериальных материалов и поверхностей, а также с улучшением их характеристик для устранения или уменьшения адгезии к ним оппортунистических бактерий и бактериальных биопленок.
На рынке присутствуют антибактериальные пленки, выпускаемые французской компанией HEXIS, в частности, пленка, изготовленная из специальных медных сплавов, бактерицидные свойства которой основаны на известной антибактериальной активности меди [https://drcu.ru/?yclid=6689630798415694700#why]. Этой же компании принадлежит запатентованный способ антимикробной защиты различных объектов с помощью самоклеящейся пластиковой пленки на основе пластифицированного поливинилхлорида, покрытой полиэфирным или полиакриламидным лаком, содержащим в качестве бактерицидного агента триклозан, или соль серебра, или смесь пиритиона цинка и тербутрина [ЕР 2115085 В1, опубл. 04.06.2014]. Известно антибактериальное пленочное покрытие, представляющее собой пленку из тефлона, в которую в качестве антибактериальных агентов предложено включать фотоактивные кластерные комплексы вольфрама и молибдена, генерирующие под воздействием света синглетный кислород [www.sbras.info]. Учитывая широкий спектр возможных применений, к существенным недостаткам этих материалов следует отнести их неспособность к биоразложению в природных условиях.
В настоящее время активно разрабатываются биоразлагаемые полимерные материалы с антибактериальными свойствами, содержащие в составе полимерной матрицы, в частности, полилактид (ПЛА) и/или полигидроксибутират (ПГБ). Например, описана водонепроницаемая и антибактериальная упаковочная пленка, которая содержит полиэтилен низкой плотности, полимолочную кислоту, модифицированные бамбуковые волокна, олеиновую кислоту, альгинат и антибактериальный агент, включающий фосфат циркония, цеолит, оксид меди, оксид серебра, карбонат кальция, наноразмерный диоксид титана и другие компоненты [CN111138748 (А), опубл. 12.05.2020]. К недостаткам материала следует отнести сложный многокомпонентный состав, включающий в качестве полимерной основы, наряду с полилактидом, 100-110 весовых частей полиэтилена низкой плотности, на разрушение которого в природных условиях требуется не менее 80-100 лет. В заявке [CN111333888 (А), опубл. 26.06.2020] предложен материал, который в качестве антибактериального агента включает наноразмерный диоксид титана, а полимерная матрица состоит из полимолочной кислоты, или сополимера этилена и винилацетата, или содержит мастер-батч антиблокирующего агента и вспомогательные вещества.
Другой подход к созданию новых материалов с антибактериальными свойствами связан с применением в качестве антибактериальных агентов синтетических порфиринов и их производных, используемых в антибактериальной фотодинамической терапии. Эти соединения сочетают интенсивное поглощение в видимой и ближней ИК-области, флуоресцентные свойства, высокую химическую и термическую стабильность со способностью генерировать активные формы кислорода и свободные радикалы, вызывающие окислительные деструктивные реакции в клетках бактерий. Антибактериальные свойства производных порфиринов связаны с их воздействием на клеточные стенки микроорганизмов путем изменения их структурных свойств и нарушения гидрофильно-липофильного баланса клеточной стенки контактирующего с ними микроорганизма. В серии работ, посвященных структуре и свойствам биоразлагаемых полимеров, содержащих добавки комплексов тетрафенилпорфирина (ТФП) с солями переходных металлов, сообщается о бактерицидных свойствах этих материалов. В работе [Ольхов А.А. и др. «Ультратонкие волокна поли-3-гидроксибутирата, модифицированные комплексом железа(III) с тетрафенилпорфирином» Химические волокна. 2017. №3. С.84-89] исследованы характеристики проявляющего антибактериальный эффект нетканого волокнистого материала на основе ПГБ с добавкой комплекса железа(III) с тетрафенилпорфирином. В изобретении, защищенном патентом [RU 2681319 С1, опубл. 06.03.2019], предложен бактерицидный ультраволокнистый биополимерный нетканый материал на основе ПГБ, полилактида или их смеси с добавкой комплексов марганца(III) с тетрафенилпорфирином. В качестве прототипа нами взят биоразлагаемый пленочный материал из полилактида, содержащий в качестве антибактериальной добавки комплекс хлорида марганца(III) с тетрафенилпорфирином, описанный в работе [Ю.В. Тертышная, А.В. Лобанов, А.В. Хватов «Морфология и антибактериальные свойства композитов на основе полилактида и комплекса марганца(III) с тетрафенилпорфирином» Химическая физика, 2020, том 39, №11, с. 52-57]. Общим недостатком материалов, описанных в близких аналогах и прототипе, является относительно невысокая антибактериальная активность металлопорфириновых комплексов в структуре полимерной матрицы, вследствие чего для получения материала с выраженными бактерицидными свойствами требуется применять высокие (до 2-5 масс. %) концентрации металлопорфиринового комплекса. Можно полагать, что одной из причин этого является известная способность металлопорфириновых структур к формированию молекулярных ансамблей (самоассоциатов) в растворах [Beletskaya, V.S. Tyurin, A.Yu. Tsivadze, R. Guilard, C. Stern "Supramolecular Chemistry of Metalloporphyrins" // Chem. Rev. 2009, V. 109, p.1659-1713]. Например, в работе [K.A. Zhdanova, et al. "Synthesis and photodynamic antimicrobial activity of amphiphilic meso-arylporphyrins with pyridyl moieties" // Dyes and Pigments 181 (2020), doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.108561] показано, что комплексы солей трехвалентных металлов Fe(III) и Mn(III) с производными ТФП, содержащими пиридиновые заместители, проявляют повышенную склонность к самоассоциации в различных средах, что снижает их фотодинамическую активность в условиях реальных биологических испытаний на культурах клеток микроорганизмов. Склонность к самоассоциации комплексов трехвалентного железа с ТФП в матрице из полигидроксибутирата отмечена в работе [Ольхов А.А. и др. «Ультратонкие волокна поли-3-гидроксибутирата, модифицированные комплексом железа(III) с тетрафенилпорфирином» // Химические волокна. 2017, №3. с. 84-89]. В работе [Ю.В. Тертышная, А.В. Лобанов, А.В. Хватов «Морфология и антибактериальные свойства композитов на основе полилактида и комплекса марганца(III) с тетрафенилпорфирином» Химическая физика, 2020, том 39, №11, с. 52-57] сообщается о наличии фазовых микровключений комплекса Mn(III)-ТФП, неравномерно распределенных в матрице полилактида.
Проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в расширении спектра биоразлагаемых бактерицидных полимерных материалов путем создания композиционного материала на основе полилактида, включающего новый антибактериальный агент, обеспечивающий проявление выраженной антибактериальной активности материала при меньшем, чем в аналогах и прототипе, количественном содержании антибактериального агента.
Проблема решена бактерицидным полимерным композиционным материалом на основе полилактида, включающим в качестве антибактериального агента производное тетрафенилпорфирина, отличающимся тем, что производное тетрафенилпорфирина представляет собой 5,10,15,20-тетракис(4-н-гексилоксифенил)порфирин (далее по тексту сокращенно (С6-O)4-ТФП), структура которого показана ниже в сравнении со структурой металлопорфириновых комплексов, используемых в близких аналогах и прототипе.
Figure 00000001
Технический результат изобретения состоит в том, что получен новый бактерицидный полимерный биоразлагаемый композиционный материал, проявляющий близкую или более высокую в сравнении с аналогами и прототипом антибактериальную активность при меньшем количественном содержании антибактериального агента.
Краткое описание иллюстраций:
На Фиг. 1 показаны микрофотографии (масштаб 100 мкм) (Olympus СХ43 (Япония) образцов композиционных пленочных материалов из полилактида, содержащих различные концентрации добавки (С6-O)4-ТФП:
а. - 0,2 масс. %; б. - 0,3 масс. %; в. - 0,4 масс. %; г. - 0,5 масс. %.
На Фиг. 2 показаны ИК-спектры в режиме пропускания в диапазоне 1500-450 см-1 (Perkin Elmer Spectrum 100 (США), 21±2°С) образцов пленочных материалов из полилактида, содержащих и не содержащих добавку (С6-O)4-ТФП:
а. - образец не содержит добавку, б. - образец содержит добавку (С6-O)4-ТФП в количестве 0.4 масс. %
На Фиг. 3 показаны электронные спектры (спектрофотометр DR/4000V (HACH-Lange, США) образцов композиционных пленочных материалов на основе полилактида, содержащих различные концентрации добавки (С6-O)4-ТФП.
1. - 0,2 масс. %; 2. - 0,3 масс. %; 3. - 0,4 масс. %; 4. - 0,5 масс. %.
При выборе нового антибактериального агента исходили из того, что введение в тетрапиррольный макроцикл длинноцепочечных алкильных заместителей должно способствовать повышению его растворимости в неполярных растворителях и, как следствие - снижению вероятности агрегирования и более равномерному распределению вещества в полимерной матрице. Действительно, расчетная величина коэффициента распределения logP в системе октанол-вода, используемая в качестве меры молекулярной гидрофобности молекул [https://www.molinspiration.com/cgi-bin/properties], для металлокомплекса Mn(III)-ТФП составляет 9,59, тогда как для (С6-O)4-ТФП) - 10,72, что подтверждает более высокую липофильность последнего. Экспериментальное определение липофильности методом тонкослойной хроматографии (пластины ТСХ фирмы Merck) по величине относительного удерживания в системе хлороформ : гексан (4:1) также показало более высокую липофильность предлагаемого порфиринового производного в сравнении с металлопорфириновым комплексом: Rf для (С6-O)4-ТФП равен 0,67, а для Mn(III)-ТФП - 0,01.
5,10,15,20-Тетракис(4-н-гексилоксифенил)порфирин получают, как описано в работе [Братина Н.А., Мишкина К.А., Формировский К.А., Миронов А.Ф. «Синтез амфифильных мезо-арилзамещенных порфиринов в органической и водно-мицеллярной средах» Макрогетероциклы. 2011, 4(2), с. 116-121] конденсацией пиррола с пара-н-гексилоксибензальдегидом, взятых в стехиометрическом соотношении 1:1 в присутствии кислорода воздуха в смеси пропионовая кислота, уксусная кислота, нитробензол 2:1:1 (v/v) при кипячении:
Figure 00000002
Продукт очищают колоночной хроматографией на силикагеле G60 в системе дихлорметан : гексан (1:1, v/v). Исходный пара-н-гексилоксибензальдегид получают как описано ранее [I.N. Fedulova, N.A. Bragina, Ν.V. Novikov, О.A. Ugol'nikova, A.F. Mironov "Synthesis of lipophilic tetraphenylporphyrins to design lipid-porphyrin ensembles" Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2007, V. 33, No. 6, pp.589-593]. Ниже приведены физико-химические и спектральные характеристики полученного продукта:
Rf 0.5 (CH2Cl2:hexane=1:1). UV-Vis (CH2Cl2) λmax, nm (lgε): 422 (5.49), 518 (4.02), 556 (3.90), 595 (3.55), 651 (3.66). 1Н-ЯМР (CDCl3), (δ, м.д.): 8.89 (с, 8Н, β-pyrrole), 8.13 (д, 8Н, α-Ph), 7.29 (д, 8Н, β-Ph), 4.26 (т, 8Н, ОСН2), 2.00 (м, 8Н, ОСН2СН2), 1.66 (м, 8Н, O(СН2)2СН2), 1.49 (м, 8Н, O(СН2)3СН2СН2СН3), 1.01 (т, 12Н, O(СН2)5СН3), -2.72 (уш с, 1,5Н, NH-pyrrole). MS (MALDI-TOF): m/z 1015.504 (вычислено [Μ+Η]+ 1015.602).
Предлагаемый бактерицидный полимерный композиционный материал может быть выполнен в форме пленки для изготовления бактерицидных покрытий и упаковки или в форме нетканого волокнистого материала для изготовления медицинской одежды, индивидуальных сред защиты, бактерицидных повязок, предметов ухода за больными и других изделий медицинского назначения.
Приготовление образцов композиционных пленочных материалов.
Для приготовления образцов композиционных пленочных материалов по изобретению взят полилактид 4032D (Nature Works, USA) Mw=1,7×105 г/моль, плотность ρ=1,24 г/см3, температура плавления 155
Figure 00000003
170°С. Исходный раствор полилактида для получения образцов пленочных материалов готовят растворением 4 г ПЛА в 80 г хлороформа при нагревании до 60°С. Для проведения испытаний готовят образцы пленок из полилактида, содержащие 0,2-0,5 масс. % (С6-O)4-ТФП. Для этого к исходному раствору при перемешивании прибавляют 20 г раствора необходимого количества (С6-O)4-ТФП в хлороформе. Полученные вязкие прозрачные растворы, не содержащие осадка или нерастворенных конгломератов, поливают в чашки Петри и оставляют при температуре 22±2°С на 48 часов, затем высушивают в сушильном шкафу при температуре 35±2°С в течение 3 часов. Получают образцы в виде прозрачных полимерных пленок толщиной 90-100 мкм:
образец 0 (контроль) не содержит (С6-O)4-ТФП
образец 1 (0,2 масс. %) содержит 0,0081 г (С6-O)4-ТФП
образец 2 (0,3 масс. %) содержит 0,0122 г (С6-O)4-ТФП
образец 3 (0,4 масс. %) содержит 0,0161 г (С6-O)4-ТФП
образец 4 (0,5 масс. %) содержит 0,0201 г (С6-O)4-ТФП.
Микрофотографии полученных образцов 1-4, показанные на Фиг. 1 (а-г), демонстрируют отсутствие в пленке локальных агломератов и равномерное распределение добавки (С6-O)4-ТФП в полимерной матрице.
Методом ИК-спектроскопии (см. Фиг. 2) показано, что добавка (С6-O)4-ТФП иммобилизована в матрице полилактида. Об этом свидетельствует увеличение интенсивности полосы 1310 см-1, относящейся к колебаниям -C=C-N= связи пиррольного фрагмента, и полос в диапазоне 910-850 см-1, принадлежащих колебаниям -С-Н связей пиррольных колец и -С-С- связей аморфной фазы полилактида.
Пленки, содержащие добавку (С6-O)4-ТФП, проявляют фотоактивность - при воздействии лазерного излучения наблюдается равномерное свечение полученных образцов.
Приготовленные, как описано выше, растворы смеси ПЛА с (С6-O)4-ТФП в хлороформе могут быть использованы для получения методом электроформования антибактериальных волокнистых материалов, имеющих широкий спектр медицинских применений.
В Таблице 1 представлены теплофизические и физико-механические характеристики образцов полилактидных пленочных материалов, содержащих и не содержащих добавку (С6-O)4-ТФП. Теплофизические характеристики определяют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе DSC 204 F1 Netzsch (Германия). Скорость сканирования 10 град/мин, навеска 5-6 мг, калибровка по индию с температурой плавления 156,6°С.Точность измерения 0,1°С. Величину степени кристалличности αкр рассчитывают по формуле:
αкр(%)=100×ΔHпл/ΔHпл *,
где ΔHпл - экспериментальная теплота плавления, ΔНпл * - теплота плавления идеального кристалла ПЛА, равная 93,1 Дж/г [Lim L-T., Auras R., Rubino Μ. "Processing technologies for poly (lactic acid)" Progress Poly. Sci. 2008, V. 33, p.820]. Физико-механические характеристики образцов определяют согласно ГОСТ 11262-80 «Пластмассы. Метод испытания на растяжение».
Figure 00000004
Как видно из Таблицы 1, введение в матрицу ПЛА добавки (С6-O)4-ТФП снижает температуру плавления композитной пленки на 2-3°С, при этом температура стеклования четко не фиксируется, видимо, вследствие аморфизации полилактида под влиянием добавки. В отличие от пленок по прототипу, для которых показано увеличение степени кристалличности с увеличением концентрации добавки металлокомплекса, степень кристалличности предлагаемых пленок с увеличением содержания добавки (С6-O)4-ТФП снижается на 4-6% по сравнению с чистым полилактидом. Этот факт может иметь важное практическое значение, поскольку снижение степени кристалличности и увеличение доли аморфной фазы в сравнении с чистым полилактидом способствует увеличению скорости биодеструкции предлагаемого композиционного материала.
Изменение теплофизических характеристик отражается на физико-механических показателях пленок: с ростом содержания добавки относительное удлинение, характеризующее эластичность материала, повышается. Сравнительные измерения, проведенные с пленками по изобретению и по прототипу, показывают, что при одинаковом количественном содержании добавки 0,5 масс. % величина относительного удлинения для пленок, содержащих (С6-O)4-ТФП, почти вдвое превышает этот показатель для пленок, включающих порфириновый металлокомплекс. Таким образом, замена комплекса Mn(III)-ТФП на (С6-O)4-ТФП позволяет получить пленочный материал, характеризующийся более высокой эластичностью, что облегчает его практическое применение. С ростом содержания (С6-O)4-ТФП величина прочности при растяжении пленки несколько снижается, однако такое снижение нельзя считать значительным.
На Фиг. 3 показаны электронные спектры пленок из полилактида, содержащих добавку (С6-O)4-ТФП в концентрации 0,2-0,5 масс. %. Образец пленочного композитного материала размером 1×2 см закрепляют в кюветном отделении спектрофотометра в плоскости, перпендикулярной направлению светового потока. В отличие от спектров незамещенных тетрафенилпорфиринов, характеризующихся сильной полосой при 420 нм и слабыми полосами в области 515-650 нм, особенностью спектров образцов композиционного пленочного материала на основе ПЛА, содержащих предлагаемую добавку, является группа пиков в области 400-440 нм. Известно, что для иммобилизованных соединений характерно батохромное смещение основного максимума поглощения (полоса Соре) на 20 нм, связанное с изменением локальной полярности среды вокруг макроцикла после удаления растворителя. Для всех полученных пленочных образцов, наряду с полосой 420 нм, наблюдается полоса 440 нм.
Испытания образцов на антибактериальную активность проведены на клеточном материале тест-культур S. aureus p 209 (золотистый стафилококк), S. typhimurium (сальмонелла), Е. coli 1257 (кишечная палочка). Тест-культуры пересевают на мясо-пептонный агар и инкубируют в течение 23 ч при 37°С. Готовят суспензию каждого микроорганизма в физиологическом растворе и устанавливают концентрацию микробных клеток по стандарту мутности 104 м.к./мл. В стерильные чашки Петри помещают пленочные образцы размером 1×1 см, добавляют по 1 мл суспензии тест-культуры, выдерживают при комнатной температуре в течение 60 мин, после чего добавляют 10 мл стерильного физиологического раствора и выдерживают в течение 15 мин. Затем 100 мкл материала из чашек высевают на поверхность мясо-пептидного агара. Полученные посевы инкубируют в течение 48 ч при температуре 37°С. Для контроля концентрации жизнеспособных микроорганизмов осуществляют высев суспензий тест-культур, используемых в эксперименте. Количество выросших на поверхности агара колоний жизнеспособных микроорганизмов оценивают с помощью оптического микроскопа Olympus CX43 (Япония). Антибактериальную эффективность образцов определяют как процентное соотношение количества клеток, погибших после экспозиции с образцом клеток, к количеству жизнеспособных клеток в контроле.
В Таблице 2 сопоставлены результаты испытаний на антибактериальную активность образцов предлагаемых композиционных пленочных материалов с аналогичными данными для пленок по прототипу.
Figure 00000005
Figure 00000006
Данные Табл. 2 показывают, что в сравнении с неактивным образцом пленки из чистого полилактида, все образцы, содержащие добавки (С6-O)4-ТФП, проявляют антибактериальную активность по отношению к взятым тест-культурам. Наиболее эффективно - до 100% подавляются бактерии кишечной палочки Е. coli 1257. В отношении золотистого стафилококка материалы по изобретению и по прототипу проявляют близкую антибактериальную активность: эффективность подавления бактерий S. aureus p 209 пленками из полилактида, содержащими добавку (С6-O)4-ТФП в количестве 0,4-0,5 масс. %, и добавку Mn(III)-ТФП в количестве 0,5 масс. %, составляет около 76%. В отношении S. Typhimurium антбактериальная активность пленок по изобретению выше, чем пленок по прототипу: присутствие в материале добавки (С6-O)4-ТФП в количестве 0,3-0,4 масс. % обеспечивает эффективность подавления бактерий сальмонеллы на 84%, в то время, как пленки с добавками комплекса Mn(III)-ТФП проявляют аналогичный уровень антибактериальной эффективности при содержании добавки в полимерной матрице в концентрации 1,5-2,0 масс. %. При одинаковом содержании добавки в 0,5 масс. % антибактериальная активность заявляемого композиционного пленочного материала в отношении S. Typhimurium на 10% выше, чем материала по прототипу.
Очевидно, что аналогичными антибактериальными свойствами обладают и нетканые материалы, полученные из растворов полилактида, содержащих добавки (С6-O)4-ТФП.
Таким образом, предложены новые композиционные материалы, содержащие в качестве антибактериального агента добавку 5,10,15,20-тетракис(4-н-гексилоксифенил)порфирина, и расширяющие спектр биоразлагаемых бактерицидных полимерных материалов на основе полилактида. Предложенные материалы проявляют близкий или более высокий в сравнении с ранее известными материалами уровень антибактериальной эффективности при меньшем количественном содержании антибактериального агента, а также характеризуются более высокой эластичностью и меньшей степенью кристалличности в сравнении с материалами, содержащими добавки металлопорфириновых комплексов.

Claims (3)

1. Бактерицидный полимерный композиционный материал на основе полилактида, включающий в качестве антибактериального агента производное тетрафенилпорфирина, отличающийся тем, что производное тетрафенилпорфирина представляет собой 5,10,15,20-тетракис(4-н-гексилоксифенил)порфирин.
2. Бактерицидный полимерный композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в форме пленки.
3. Бактерицидный полимерный композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в форме нетканого волокнистого материала.
RU2021107392A 2021-03-22 2021-03-22 Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом RU2752860C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107392A RU2752860C1 (ru) 2021-03-22 2021-03-22 Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107392A RU2752860C1 (ru) 2021-03-22 2021-03-22 Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2752860C1 true RU2752860C1 (ru) 2021-08-11

Family

ID=77348964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107392A RU2752860C1 (ru) 2021-03-22 2021-03-22 Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752860C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115029849A (zh) * 2022-06-24 2022-09-09 泉州禾伦织造有限公司 一种多功能保暖针织面料及其制备方法
RU2798568C1 (ru) * 2022-04-11 2023-06-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Интеллектуальная Телемедицина" Антисептический полимерный композиционный материал конструкционного назначения с заданным комплексом механических свойств

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2681319C1 (ru) * 2017-10-27 2019-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова" (ФГБОУ ВО "РЭУ им. Г.В. Плеханова") Ультраволокнистый биополимерный материал с бактерицидным эффектом
CN111138748A (zh) * 2019-12-21 2020-05-12 黄金平 一种防水防菌型包装膜及其制备工艺

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2681319C1 (ru) * 2017-10-27 2019-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова" (ФГБОУ ВО "РЭУ им. Г.В. Плеханова") Ультраволокнистый биополимерный материал с бактерицидным эффектом
CN111138748A (zh) * 2019-12-21 2020-05-12 黄金平 一种防水防菌型包装膜及其制备工艺

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БРАТИНА Н.А. и др. Синтез амфифильных мезо-арилзамещенных порфиринов в органической и водно-мицеллярной средах, Макрогетероциклы, 2011, no.4(2), с.116-121. *
ТЕРТЫШНАЯ Ю.В. и др. Морфология и антибактериальные свойства композитов на основе полилактида и комплекса марганца (III) с тетрафенилпорфирином, Химическая физика, 2020, том 39, no.11, с.52-57. *
ТЕРТЫШНАЯ Ю.В. и др. Морфология и антибактериальные свойства композитов на основе полилактида и комплекса марганца (III) с тетрафенилпорфирином, Химическая физика, 2020, том 39, no.11, с.52-57. БРАТИНА Н.А. и др. Синтез амфифильных мезо-арилзамещенных порфиринов в органической и водно-мицеллярной средах, Макрогетероциклы, 2011, no.4(2), с.116-121. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798568C1 (ru) * 2022-04-11 2023-06-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Интеллектуальная Телемедицина" Антисептический полимерный композиционный материал конструкционного назначения с заданным комплексом механических свойств
CN115029849A (zh) * 2022-06-24 2022-09-09 泉州禾伦织造有限公司 一种多功能保暖针织面料及其制备方法
CN115029849B (zh) * 2022-06-24 2024-04-16 泉州禾伦织造有限公司 一种多功能保暖针织面料及其制备方法
RU2802014C1 (ru) * 2022-11-08 2023-08-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова" Полимерный композиционный материал с антимикробным эффектом на основе микросфер двухвалентного оксида меди

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Synthesis and characterization of anti-bacterial and anti-fungal citrate-based mussel-inspired bioadhesives
Mantareva et al. Non-aggregated Ga (III)-phthalocyanines in the photodynamic inactivatio planktonic and biofilm cultures of pathogenic microorganisms
Xu et al. Antimicrobial activity of a conjugated polymer with cationic backbone
Ren et al. White light-triggered zwitterionic polymer nanoparticles based on an AIE-active photosensitizer for photodynamic antimicrobial therapy
Huang et al. Phthalocyanine-based coordination polymer nanoparticles for enhanced photodynamic therapy
Vorotnikova et al. Octahedral molybdenum cluster as a photoactive antimicrobial additive to a fluoroplastic
Guo et al. Enhanced photocatalytic and antibacterial activity of acridinium-grafted g-C3N4 with broad-spectrum light absorption for antimicrobial photocatalytic therapy
Krouit et al. Photobactericidal films from porphyrins grafted to alkylated cellulose–synthesis and bactericidal properties
Krouit et al. New photoantimicrobial films composed of porphyrinated lipophilic cellulose esters
Spagnul et al. Synthesis and bactericidal properties of porphyrins immobilized in a polyacrylamide support: influence of metal complexation on photoactivity
US20080015189A1 (en) Antimicrobial photoinactivation using chalcogen analogs of benzo(A)phenoxazinium dyes
Villamil et al. Enhancing the performance of PEG-b-PCL copolymers as precursors of micellar vehicles for amphotericin B through its conjugation with cholesterol
Bespalova et al. Surface modification and antimicrobial properties of cellulose nanocrystals
Sobotta et al. In vitro photodynamic activity of lipid vesicles with zinc phthalocyanine derivative against Enterococcus faecalis
RU2752860C1 (ru) Биоразлагаемый композиционный материал с антибактериальным эффектом
Wu et al. Daylight-stimulated antibacterial activity for sustainable bacterial detection and inhibition
Li et al. J‐aggregation‐driven supramolecular assembly of dye‐conjugated block polymers: From morphological tailoring to anticancer applications
Li et al. Membrane-active amino acid-coupled polyetheramine derivatives with high selectivity and broad-spectrum antibacterial activity
Momeni et al. Antimicrobial effect of silver nanoparticles synthesized with Bougainvillea glabra extract on staphylococcus aureus and Escherichia Coli
Li et al. Cationic porphyrin-based nanoparticles for photodynamic inactivation and identification of bacteria strains
Altinkok et al. A facile approach for the fabrication of antibacterial nanocomposites: A case study for AgNWs/Poly (1, 4-Cyclohexanedimethylene Acetylene Dicarboxylate) composite networks by aza-Michael addition
US11248088B2 (en) Method to make fluorescent nanodots for fast bacteria staining and broad spectrum antimicrobial applications
Habermeyer et al. Bactericidal efficiency of porphyrin systems
Thanigachalam et al. Development of nano titania/polyvinylidene fluoride composite from new titanium (IV) derivative and its investigation on antibacterial, BSA interaction and cytotoxicity
CN109730964B (zh) 一种微环境响应型交联季铵盐胶束抗菌剂及其制备方法和应用