Спосіб отримання бактерицидних поліетилентерефталатних мембран

Спосіб отримання бактерицидних поліетилентерефталатних мембран шляхом модифікування їх поверхні бактерицидною речовиною, який відрізняється тим, що мембрани витримують у 26мас. % розчині фотоініціатора - бензофенону протягом 10-20хв., потім мембрани модифікують шляхом фотоініційованої прищеплювальної полімеризації 1-15мас. % мономеру метакрилової кислоти протягом 5-30хв. при температурі 40±5°С в атмосфері аргону та обробляють мембрани 13мас. % водним розчином олігооксипропіленглікольгуанідину протягом 1год. (19) (21) u200907697 (22) 21.07.2009 (24) 25.12.2009 (46) 25.12.2009, Бюл.№ 24, 2009 р. (72) МУРЛАНОВА ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА, ВАКУЛЮК ПОЛІНА ВАСИЛІВНА, ВОРТМАН МАРИНА ЯКІВНА, ФУРТАТ ІРИНА МИХАЙЛІВНА, ЛЕМЕШКО ВАЛЕНТИНА МИКОЛАЇВНА, НИЖНИК ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ШЕВЧЕНКО ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "КИЄВОМОГИЛЯНСЬКА АКАДЕМІЯ", ІНСТИТУТ ХІМІЇ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК НАН УКРАЇНИ 3 O O COOH H CH2 n H2C C C H CH3 CH3 БФ O ПЕТФ 46581 O CH2 С COOH n н CH3 ГО O CH2 ПЕТФ + поліметакрилова кислота CH3 O н С COO n n NH2+ NH NH 4 CH3 ГО іммобілізований на ПЕТФ 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 олігооксипропіленглікольгуанідину (ГО) для утворення комплексу поліметакрилова кислота - ГО. Для фото ініційованої модифікації поверхні мембран застосовували кварцовий фотохімічний реактор [6, 7], обладнаний УФ (ртутною) лампою з максимальною емісією 2 при λ=254нм і енергією випромінювання 16Вт/см . 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)/ W 0∙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 змо 4 чування 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 + ГО (ПМАК+ГО) 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 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 об'ємом 0,15 дм3 і площею мембрани 26,4∙10-4 м2. Робочий тиск становив 0,05 МПа. Робоча температура 25°С. Культуру вирощували на селективному середовищі Ендо та вносили в фізіологічний розчин в концентрації близько 106 клітин/мл. Після розведення до концентрації 10 клітин/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 СППМАК, % (мас) , хв. СБФ, % 0 2 4 6 10хв. 0 2,5 4,1 5,2 20хв. 0 3,9 9,3 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 прищеплення, що можна пояснити збільшенням активних центрів на поверхні мембрани, але при концент рації 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. 5 46581 6 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 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 15 * Тривалість УФ - ініційованої прищепленої полімеризації - 20хв. Концентрація розчину бензофенону 4%. СППМАК, % 0 2,6 4,5 7,2 9,3 9,8 7 46581 Враховуючи викладене, утворення комплексу ПМАК+ГО проводили за таких умов: 4% розчин бензофенону, тривалість витримки в розчині бензофенону 20хв., тривалість УФ-ініційованої полімеризації 20хв., 10% (мас.) розчин мономеру. 8 Як видно з ІЧ-спектру мембран, до (1), після (2) УФ-ПМАК, і (3) утворення на мембрані комплексу ПМАК + ГО (3% (мас.) розчин ГО), поява нового піку поглинання із довжиною хвилі 3450см-1, відповідає валентним коливанням N-H зв'язку в -1 гуанідиновій групі та піку на частоті 1180см , що відповідає валентним коливанням C-N зв'язку в ГО. Крім того, із підвищенням ступеню прищеплення ГО, зростає інтенсивність цих піків. Абсорб-1 ція при 1716см є типовою для ароматичних та карбонільних сполук С-Н та С=О. Тому тут спостерігається зростання інтенсивності та поява додат-1 кового піку при 1680 см 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) Мембрана за найближчим аналогом Кут змочування 47° Модифікована мембрана запропонованим способом УФ+ПМАК УФ+(ПМАК+ГО) 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 ГО на бактерицидну активність мембран показано в табл. 5. Таблиця 5 Бактерицидна активність (Б, %) модифікованих мембран від концентрації (С, Моль/л) розчину ГО Мембрана за найближчим аналогом Б, % 86 З результатів наведених в табл. 5 бактерицидна активність модифікованих мембран запропонованим способом становить 100%, при досліджуваних концентраціях розчину ГО. С, Моль/л 1 100 3 100 Бактерицидну активність отриманих мембран від терміну їх експлуатації представлено в таблиці 6. 9 46581 10 Таблиця 6 Бактерицидна активність (Б, %) модифікованих мембран від тривалості експлуатації Тривалість експлуатації, діб Модифікована мембрана запропонованим способом Б, % 100 100 100 100 100 100 0 1 5 10 20 30 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 трекових мембран аніонними біанкерними сполуками та вивчення їх розділювальних характеристик, Доповіді НАН 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. Н.-С. Flemming, G. Schaule, Biofouling on membranes a microbiological approach, Desalination 70 (1988) 95. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Мембрана за найближчим аналогом Б, % 86 82 75 74 35 0 4. Деклараційний патент України на корисну 7 модель №15337, МПК В01D71/00, 15.06.2006, Бюл. №6, 2006p. - 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