Спосіб отримання бактерицидних поліетилентерефталатних мембран

Спосіб отримання бактерицидних поліетилентерефталатних мембран шляхом модифікування 3 Для модифікування поверхні трекових поліетилентерефталатних мембран з розміром пор 0,05мкм (виробництво ОІЯД м. Дубна, Росія) використовували 1-15% (мас) водний розчин мономеру метакрилової кислоти ("Fluka"), що попередньо очищений від стабілізатора, в якості фотоініціатора застосовували 2-6% (мас.) розчин бензофенону ("Fluka"). Для надання поверхні мембран бактерицидних властивостей використовували водний 13% (мас) розчин полігексаметиленгуанідин хлориду (ПГМГ) для утворення комплексу поліметакрилова кислота - ПГМГ. Для фото ініційованої модифікації поверхні мембран застосовували кварцовий фотохімічний реактор [6, 7], обладнаний УФ (ртутною) лампою з максимальною емісією при =254нм і енергією випромінювання 16Вт/см2. Мембрани для модифікування поміщали в кварцову комірку, розміщену у центрі фото-реактора. Відстань між джерелом випромінювання і зразком складала 30см. Заздалегідь через реактор продували очищений аргон для видалення кисню повітря. Температура реакції витримувалася в діапазоні 40±5°С. Після закінчення реакції мембрану відмивали бідистильованою водою від мономера і гомополімера в апараті Сокслета протягом 6 годин. Ступінь прищеплення (СП) модифікованих мембран (табл.1-3) визначали гравіметрично згідно співвідношення: СП=(W t-W0)/W0·100%, де W0 - маса початкової ПЕТФ мембрани, Wt - маса модифікованої ПЕТФ мембрани. Гідрофільність одержаних мембран вивчали, вимірюванням краєвих кутів змочування її поверхні водою методом сидячої краплі. Краєві кути змочування поверхні мембрани вимірювали за допомогою цифрової фотокамери (Olympus C-765 Ultra Zoom) та обробляли у програмі Adobe Photoshop 7.0. Значення контактних кутів усереднювались вибіркою із 10; похибка вимірювання складала ±3° (табл.4). Наявність прищепленого комплексу поліметакрилова кислота + ПГМГ (ПМАК+ПГМГ) досліджували методом ІЧ-спектроскопії (спектрометр TENSOR 37, BRUKER) на модифікованих та не модифікованих мембранах. Для дослідження бактерицидної активності отриманих мембран використовували штам Escherichia coli HB 101 (Тип-штам, типовий для 46942 4 виду). Для культивування кишкової палички застосовували середовище Ендо. Бактерицидну активність модифікованих мембран визначали фільтруванням суспензії Escherichia coli HB 101 в фізіологічному розчині через досліджувану мембрану [8]. Фільтрацію проводили в установці непроточного типу Amicon 8200 (виробництво Millipore Corporation, USA) з використанням термостатування і перемішування 3 -4 2 об'ємом 0,15дм і площею мембрани 26,4·10 м . Робочий тиск становив 0,05МПа. Робоча температура 25°С. Культуру вирощували на селективному середовищі Ендо та вносили в фізіологічний розчин в концентрації близько 106клітин/мл. Після розведення до концентрації 103клітин/л 100мл суспензії фільтрували через досліджувану мембрану до сухого залишку. Контролем слугувала немодифікована мембрана. Після фільтрації мембрану інкубували на твердому середовищі Ендо при 28°С протягом доби. Бактерицидну активність визначали як відсоток колонієутворюючих одиниць на модифікованій мембрані до не модифікованої (табл.5, 6). Вплив концентрації розчину бензофенону та тривалості витримки на кількість прищепленої поліметакрилової кислоти (ПМАК) представлено в табл.1. Таблиця 1 Вплив концентрації (СБФ, %) та тривалості витримки ( , хв.) в розчині бензофенону на ступінь прищеплення (СППМАК, %) поліметакрилової кислоти СБФ, % 0 2 4 6 СППМАК, % (мас) , хв. 10хв. 20хв. 0 0 2,5 3,9 4,1 9,3 5,2 9,5 * Тривалість УФ - ініційованої прищеплювальної полімеризації - 20хв., 10% розчин метакрилової кислоти. Як видно з табл.1, збільшення концентрації розчину бензофенону та тривалості витримки в ньому приводить до зростання ступеня прищеп 5 46942 лення, що можна пояснити збільшенням активних центрів на поверхні мембрани, але при концентрації 6% та тривалості витримки 20хв. спостерігається втрата механічної стійкості мембрани. Вплив тривалості модифікування на ступінь прищеплення поліметакрилової кислоти на ПЕТФ мембрані представлено в табл.2. Таблиця 2 Вплив тривалості УФ-ініційованої прищепленої полімеризації ( УФ, хв.) та концентрації розчину бензофенону (СБФ, %) на ступінь прищеплення поліметакрилової кислоти (СППМАК, %) на ПЕТФ мембрані УФ, хв. 0 5 10 20 30 СБФ, % 0 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6 СППМАК, % 0 1,4 2,6 4,1 2,8 8,3 8,5 3,9 9,3 9,5 4,5 9,6 9,8 15 9,8 * Тривалість УФ-ініційованої прищепленої полімеризації - 20хв. Концентрація розчину бензофенону 4%. Враховуючи викладене, утворення комплексу ПМАК+ПГМГ проводили за таких умов: 4% розчин бензофенону, тривалість витримки в розчині бензофенону 20хв., тривалість УФ-ініційованої полімеризації 20хв., 10% (мас.) розчин мономеру. Як видно з ІЧ-спектру мембран, до (1), після (2) УФ-ПМАК, і (3) утворення на мембрані комплексу ПМАК+ПГМГ (1% (мас.) розчин ГТГМГ), поява нового піку поглинання із довжиною хвилі -1 3400см , відповідає валентним коливанням N-H зв'язку в гуанідиновій групі та піку на частоті -1 1180см , що відповідає валентним коливанням CN зв'язку в ПГМГ. Крім того, із підвищенням ступеню прищеплення ПГМГ, зростає інтенсивність цих -1 піків. Абсорбція при 1711см є типовою для ароматичних та карбонільних сполук С-Н та С=О. Тому тут спостерігається зростання інтенсивності та поява додаткового піку при 1650см-1 після модифікування мембран поліметакриловою кислотою. Гідрофілізацію одержаних мембран вивчали, вимірюванням крайових кутів змочування її поверхні водою методом сидячої краплі (табл.4). Таблиця 4 Гідрофілізація поверхні мембран (крайові кути змочування) 10% розчин метакрилової кислоти Як видно з табл.2, чим триваліший був процес прищепленої полімеризації, тим більше відбувається зростання ступеня прищеплення поліметакрилової кислоти, але лише до певної величини і в подальшому майже не змінюється не залежно від часу модифікування. Вплив концентрації розчину метакрилової кислоти на ступінь прищеплення поліметакрилової кислоти показано в табл.3. Результати наведені у таблицях 1-3 показують, що УФ-ініційована полімеризація метакрилової кислоти приводить до утворення на поверхні полімерних мембран прищепленої поліметакрилової кислоти, кількість якої залежить як від концентрації розчину бензофенону (2-6%), тривалості витримки в ньому мембран (10-20хв.) і їх опромінювання (5-30хв.), так і від концентрації розчину мономеру (1-15%). Таблиця 3 Вплив концентрації розчину метакрилової кислоти (СМАК, %) на ступінь прищеплення (СППМАК, %) поліметакрилової кислоти СМАК, % 0 1 3 5 10 6 СППМАК, % 0 2,6 4,5 7,2 9,3 Мембрана Модифікована мембрана за найбли- запропонованим способом жчим анаУФ+ПМАКУФ+(ПМАК+ПГМГ) логом Кут змочування 47° 40° 40° * Кут змочування не модифікованої мембрани 65°. Отримані результати (табл.4) свідчать про істотну гідрофілізацію поверхні мембрани по відношенню до мембрани за найближчим аналогом. Вплив концентрації розчину ПГМГ на бактерицидну активність мембран показано в табл.5. Таблиця 5 Бактерицидна активність (Б, %) модифікованих мембран від концентрації (С, Моль/л) розчину ПГМГ Мембрана за найближчим аналогом Б, % 86 С, Моль/л 1 3 100 100 З результатів наведених в табл. 5 бактерицидна активність модифікованих мембран запропонованим способом становить 100%, при досліджуваних концентраціях розчину ПГМГ. 7 46942 Бактерицидну активність отриманих мембран від терміну їх експлуатації представлено в таблиці 6. Таблиця 6 Бактерицидна активність (Б, %) модифікованих мембран від тривалості експлуатації Модифікована мембрана запроТривалість експлуатації, понованим способом діб Б,% 0 100 1 100 5 100 10 100 20 100 30 100 Мембрана за найближчим аналогом Б,% 86 82 75 74 35 0 З таблиці випливає, що поліетилентерефталатні мембрани одержані запропонованим способом забезпечують: - бактерицидні властивості; - підвищену гідрофільність поверхні; - подовження терміну експлуатації мембран шляхом зменшення їх біологічного забруднення продуктами життєдіяльності мікроорганізмів. Джерела: 1. Вакулюк П.В., Бурбан А.Ф., Брик М.Т., Протасова Н.В., Шевченко В.В. Модифікування треко Комп’ютерна верстка А. Рябко 8 вих мембран аніонними біанкерними сполуками та вивчення їх розділювальних характеристик, Доповіді ПАН України. - 2002. - №10. - С.133-138. 2. Вортман М.Я., Протасова Н.В., Вакулюк П.В., Клименко Н.С., Бурбан А.Ф., Брик М.Т., Шевченко В.В. Бактерицидна активність олігоуретансемикарбазидів. Наукові записки НаУКМА. Хімічні науки і технології. Т. 42. С.14-19. 3. H.-C. Flemming, G. Schaule, Biofouling on membranes a microbiological approach, Desalination 70 (1988) 95. 4. Деклараційний патент України на корисну 7 модель №15337, МПК В01D71/00, 15.06.2006, Бюл. №6, 2006р. - найближчий аналог. 5. A. Bhattacharya, B.N. Misra. Grafting: a versatile means to modify Polymers Techniques, factors and applications. Prog. Polym. Sci. 29 (2004) 767-814. 6. Jeffrey Mueller, Protein fouling of surfacemodified polymeric microfiltration membranes // J. Membr. Sci., 116 (1) (1996) 47-60. 7. Masahide Taniguchi, Georges Belfort, Low protein fouling synthetic membranes by UV-assisted surface grafting modification: varying monomer type // J. Membr. Sci., 231 (2004) 147-157. 8. Василевская И.А., Сергейчук М.Г., Згонник В.В., Фуртат И.М., Михальський Л.А. Усовершенствование метода бактериологического контроля в производстве лизина // Мікробіол. журн. - 1996. 58, №5. - С.66. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601