РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ С ПРОЛОНГИРОВАННЫМИ АНТИИНФЕКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

УДК 677.11:615.46

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ С ПРОЛОНГИРОВАННЫМИ АНТИНФЕКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ 

Н.С. Дымникова¹, Е.В.Ерохина¹, А.П. Морыганов¹, О.Ю. Кузнецов², С.В.Королев³

(1 – Институт химии растворов им.Г.А.Крестова Российской академии наук;

2 –Ивановская государственная медицинская академия;

3 – «Объединение «Специальный текстиль»)

E-mail: nsd@isc-ras.ru

В статье представлены новые разработки специалистов ИХР РАН по синтезу препаратов на основе наносеребра. Показаны возможности использования разработанных технологий для получения антигрибковых, антибактериальных или вирулицидных текстильных материалов из целлюлозных волокон с пролонгированным защитным действием. Выпущены опытно-промышленные партии вирулицидной хлопчатобумажной ткани и защитных масок с ее использованием в качестве активного защитного слоя.

Ключевые слова: хлопчатобумажные ткани, защитные маски, антимикробные препараты, наночастицы серебра, пролонгированные вирулицидные свойства. 

Актуальность создания антиинфекционных текстильных материалов обусловлена необходимостью разработки новых профилактических и санитарно-гигиенических мер в связи с ухудшающимся экологическим состоянием окружающей среды и снижением уровня иммунитета у населения. Вероятно, стоит ожидать устойчивого спроса на изделия индивидуальной защиты с антибактериальными свойствами, как со стороны граждан, так и медицинских учреждений и служб экстренного реагирования. Пандемия COVID-19 показала, что к таким событиям надо готовиться и мир не является абсолютно безопасным местом. На сегодня нет доказательств эффективности применения при COVID-19 каких – либо лекарственных препаратов. Специфическая профилактика (вакцина) против COVID-19 в настоящее время не разработана [1], однако работа в этом направлении несомненно увенчается успехом.

Эффективными, но недостаточно используемыми методами борьбы с инфекционными заболеваниями являются приемы предотвращения инфицирования за счет создания материалов и изделий гигиенического и бытового назначения (маски, салфетки, костюмы, пеленки, простыни, чулочно-носочные изделия, перчатки) для профилактики поражения вирусными, бактериальными и грибковыми микроорганизмами. Создание защитных средств повседневного применения сопряжено с рядом трудностей как в подборе биоцидных препаратов во избежание побочных, неблагоприятных для человека последствий (что характерно для многих известных импортных и российских препаратов), так и в разработке эффективных приемов их иммобилизации для обеспечения длительного функционального действия при многократном использовании текстильных изделий.

Одним из перспективных подходов к производству антиинфекционных изделий является применение наночастиц серебра для модификации текстильных материалов. Их выбор обусловлен значительными преимуществами перед ныне применяемыми антимикробными средствами. Доказано, что НЧ_Ag обладают более мощным антимикробным эффектом, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики, и оказывают губительное действие на антибиотикоустойчивые штаммы бактерий [2]. В последнее время предпринимаются попытки получить многоразовые защитные маски с серебром, которое наносится электроосаждением из раствора на сетку, вшиваемую затем между слоями ткани [3], хотя, вероятно, такое изделие будет достаточно дорогим для массового применения.

В ИХР РАН в последние годы разработана серия препаратов «Нанотекс» [4], обладающих антимикробными, антигрибковыми и вирулицидными свойствами, а также способы иммобилизации их на текстильных носителях. Научная новизна подхода заключается в реализации приемов регулирования субстантивности биологически активных серебросодержащих гибридных наноматериалов к целлюлозным волокнам посредством оптимизации их состава и условий получения [5,6]. Так, введение в стабилизирующую оболочку формируемых ультрадисперсных частиц серебра катионактивного полиэлектролита, обладающего антимикробной активностью и способного регулировать субстантивность НЧ_Ag к целлюлозным волокнам, позволяет:

- обеспечить высокий уровень защитных свойств текстильного материала или изделий при обработке их очень низкоконцентрированным водным раствором препарата, (содержит 0,01-0,02 г/л наночастиц серебра );

- сохранять необходимый уровень антимикробной (антигрибковой, антибактериальной или вирулицидной) активности в процессе эксплуатации данного изделия, включая многократное проведение операций стирки (20 стирок и более).

Экспериментальные данные по микробиологической оценке антимикробной активности хлопчатобумажной ткани, модифицированной препаратом Нанотекс, полученные в ИГМА по известной методике [7], показали, что этот препарат обеспечивает более высокие зоны задержки роста к представителям грамположительной (золотистому стафилококку Staphilococсus aurus) и грамотрицательной (кишечной палочке Escherichia coli) микрофлоры, а также к грибковой культуре, в сравнении с известными препаратами (повиаргол, хлоргексидина биглюконат, диоксидин, Санитайзед) при концентрации его в волокнистом материале в 10-70 раз меньшей [6].

Новый препарат из серии Нанотекс – Нанотекс АВ – предназначен для придания целлюлозным текстильным материалам пролонгированных антиинфекционных свойств. Для оценки вирулицидных (убивающих вирус) свойств антимикробных тканей обычно используют Руководство РОСПОТРЕБНАДЗОРА от 01.06.2010 № Р 4.2.2643-10. На кафедре микробиологии и вирусологии ИГМА разработана упрощенная методика определения вирулицидной активности текстильных материалов, которая может быть использована как косвенный метод экспресс определения жизнеспособности вирусов на различных видах текстиля. В данном эксперименте в качестве целлюлозных материалов использовали – нетканое льносодержащее полотно (30 % отбеленного льноволокна + 70 % вискозного волокна, пов. плотность 50 г/м²), хлопчатобумажную марлю (пов. плотностью 36 г/м²), хлопчатобумажную ткань поплин (пов. плотностью 140 г/м²). В качестве тест-культуры вируса использовали стафилококковый бактериофаг с титром 10⁷/мл. После 30-, 60- и 90-минутной экспозиции бактериофага на текстильном материале образцы помещали в питательную среду, предварительно засеянную культурой Staphylococcus aureus.

Наличие роста чувствительной к бактериофагу культуры S. aureus расценивается как полное ингибирование вируса на материале текстильного образца в указанное время экспозиции. Отсутствие роста бактериальной культуры в месте аппликации указывает на сохранение жизнеспособности вируса (фага), что привело к гибели всей бактериальной культуры в жидкой питательной среде.

На рис. 1 показано, как действует культура бактериофаг (вирус) в жидкой питательной среде S. aureus. Наличие зоны ингибирования культуры S.aureus (темное пятно) в месте нанесения фага на поверхность засеянной «методом газона» агаризованной питательной среды, является доказательством того, что грамположительная культура S. aureus уничтожается.

Рис.1 Действие стафилококкового бактериофага на бактериальную тест-культуру S. aureus.

Данные, полученные по выбору оптимального состава Нанотекс-АВ и концентрации активных компонентов, сведены в табл.1.

  Таблица 1

Образцы	Время экспозиции ( в минутах)
Нетканый материал	30	60	90
1	-	-	+
2	-	+	+
3	+	+	+
4	+	+	+
Марля	30	60	90
1	+	+	+
2	+	+	+
3	+	+	+
4	+	+	+

+- наличие ингибирующего действия на вирус (фаг) - лизис бактериальной культуры.

- отсутствие игибирующего действия на вирус (фаг), наблюдается рост бактериальной культуры

Для наглядности эксперимента на рис. 2 приведены фото, полученные при исследовании образцов марли.

Рис. 2 Оценка жизнеспособности вируса (фага) на марлевых образцах.

Отсутствие зоны ингибирования (просветления) вокруг образцов питательной среды с включенной в нее бактериальной культурой S. aureus указывает на отсутствие жизнеспособного вируса на текстильном материале. Данные по вирулицидной активности целлюлозных текстильных материалов (см. табл. 1) показывают высокую активность всех модификаций препарата Нанотекс-АВ для образцов марли. Для более плотного материала (нетканое полотно) наиболее эффективно подавляют вирус образцы № 3 и 4.

Выбранным в ходе предварительного эксперимента составом Нанотекс-АВ была обработана на Тейковском ХБК хлопчатобумажная ткань поплин, пов. плотностью 140 г/м².         Первая опытно-промышленная партия антиинфекционной ткани была получена по следующей схеме: пропитка ткани водным раствором препарата Нанотекс-АВ (0,02 г/л) при 20-25 ^оС – отжим (80-100 %)- сушка (100-130 ^оС) на сушильно-ширильной машине [8].

Для сравнения были испытаны образцы ткани, обработанные промышленно выпускаемыми антимикробными препаратами, условно названными Препарат А и Препарат Б. Кроме того, испытан образец, обработанный Нанотексом-АВ в лабораторных условиях.

Полученные результаты сведены в табл. 2

Таблица 2

№	Наименование препарата, концентрация	Время экспозиции, мин.
		30	60	90
		Рост бактериальной культуры*
1	Препарат А, 5 г/л	С	С	С
2	Препарат А, 10 г/л	С	С	С
3	Препарат Б, 30 г/л	А	У	С
4	Нанотекс-АВ(обработан на фабрике)	С	А	А
5	Нанотекс-АВ (обработан в лаборатории)	А	А	А
6	без отделки	С	С	С

* - игибирующее действие на вирус (фаг): С – слабое действие, У – умеренное действие,

А – активное действие. 

Как следует из полученных данных, образцы, обработанные промышленно выпускаемыми препаратами, оказывают лишь сдерживающее (слабое) влияние на тестируемую культуру вируса. Это связано, очевидно, с тем, что данные биоциды являются антимикробными агентами и не могут использоваться как антивирусные.

На образце ткани, обработанной в промышленных условиях препаратом Нанотекс-АВ через 30 минут культура вируса погибает не полностью (наблюдается ее слабый рост), однако через час – полная инактивация вируса. На образце №5, обработанном в лаборатории отделочной фабрики, наблюдается полная инактивация вируса уже через 30 минут без восстановления его жизнеспособности. Данный факт говорит о том, что препарат Нанотекс-АВ очень эффективно убивает вирус.

Следует отметить, что дополнительные затраты на препарат Нанотекс-АВ на 1 пог. м ткани составят не более 3-5 руб. В то же время, для сравнения, стоимость японских медицинских антибактериальных тканей пролонгированного действия для штор «Green Days» составляет 85-120 $/пог.м [9].

Изготовленная на основе полученной ткани объединением «Специальный текстиль» опытная партия защитных масок имеет следующие преимущества перед ныне используемыми масками из хлопчатобумажных тканей или марли без специальных отделок:

- возможность непрерывного ее использования в течение 8 часов;

- сохраняются антивирусные свойства после стирок (не менее 20);

- относительно небольшое увеличение себестоимости.

Антиинфекционные материалы, помимо использования в качестве активного слоя защитных масок, можно будет применять и для других видов текстильных изделий (салфетки, полотенца, одежда первого слоя, перчатки).

Следует отметить, что это первые исследования по модификации целлюлозных материалов препаратом Нанотекс-АВ для придания им пролонгированных антимикробных, в том числе и вирулицидных (убивающих вирусы) свойств. Необходимо продолжить работу в данном направлении с целью усиления воздействия, инактивирующего вирус, в том числе, различные штаммы SARS-Cov-2 (Covid 19).

ВЫВОДЫ

1. Представлены новые препараты Нанотекс, синтезированные в ИХР РАН на основе наночастиц серебра, для придания текстильным материалам из целлюлозных волокон (ткани, марля, нетканые и трикотажные полотна, готовые изделия) пролонгированных антимикробных, в том числе и вирулицидных (убивающих вирусы) свойств.

2. Показано, что обработанные препаратом Нанотекс-АВ текстильные материалы обеспечивают полную инактивацию вируса (стафилококковый бактериофаг) без восстановления его жизнеспособности.

3. Выявлены преимущества препаратов Нанотекс в сравнении с отечественными и импортными аналогами как по эффективности и долговечности придаваемых текстильным материалам и изделиям защитных свойств, так и по экономичности их использования (в связи с применением новых ресурсосберегающих технологий их синтеза и иммобилизации на текстильном материале).

Список литературы

1. Никифоров В.В. и др. Новая коронавирусная инфекция (COVID 19): клинико – эпидемиологические аспекты// Архив внутренней медицины № 2, 2020, с.87-93
2. Щербаков А.Б., Корчак Г.И., Сурмашева Е.В. и др. // Фармацевтический журнал. 2006. №5. С.45-57.
3. Защитные маски с премиум серебром. 26.06.2020, 16:11 Ивановоньюс. https://www.ivanovonews.ru/reports/1028810. 
4. Патент РФ №2640277 от 27.12.2017 г., бюл. №36. Способ получения антимикробного серебросодержащего целлюлозного материала/ Дымникова Н.С., Ерохина Е.В., Галашина В.Н., Морыганов А.П., Дьячин С.А. 
5. Дымникова Н.С., Ерохина Е.В., Кузнецов О.Ю., Морыганов А.П. Исследование влияния субстантивности серебросодержащий препаратов к целлюлозному материалу на его биологическую активность // Российский химический журнал. 2017, т. LXI, № 2, с. 3-12.
6. Морыганов А.П., Дымникова Н.С., Ерохина Е.В. Биологически активные текстильные материалы для изделий медицинского и косметического назначения// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2019, №6. С.16-21.
7. ГОСТ ISO 20645-2014. Изделия текстильные. Определение антибактериальной активности.
8. Выдержит больше 20 стирок: ученые создали антивирусную пропитку для ткани. РИА Новости, 16.06.2020. https://ria.ru/20200616/1572939233.html
9. Медицинские антибактериальные шторы "Green Days" - необходимый атрибут современного лечебного учреждения, рекомендовано Министерством здравоохранением Российской Федерации. https://wm-greendays.ru/?yclid=3657554545107305718

Spisok literatury

1. Nikiforov V.V. i dr. Novaja koronavirusnaja infekcija (COVID 19): kliniko – jepidemiologicheskie aspekty// Arhiv vnutrennej mediciny № 2, 2020, s.87-93
2. Shherbakov A.B., Korchak G.I., Surmasheva E.V. i dr. // Farmacevticheskij zhurnal. 2006. №5. S.45-57.
3. Zashhitnye maski s premium serebrom. 26.06.2020, 16:11 Ivanovon'jus. https://www.ivanovonews.ru/reports/1028810.
4. Patent RF №2640277 ot 27.12.2017 g., bjul. №36. Sposob poluchenija antimikrobnogo serebrosoderzhashhego celljuloznogo materiala/ Dymnikova N.S., Erohina E.V., Galashina V.N., Moryganov A.P., D'jachin S.A.
5. Dymnikova N.S., Erohina E.V., Kuznecov O.Ju., Moryganov A.P. Issledovanie vlijanija substantivnosti serebrosoderzhashhij preparatov k celljuloznomu materialu na ego biologicheskuju aktivnost' // Rossijskij himicheskij zhurnal. 2017, t. LXI, № 2, s. 3-12.
6. Moryganov A.P., Dymnikova N.S., Erohina E.V. Biologicheski aktivnye tekstil'nye materialy dlja izdelij medicinskogo i kosmeticheskogo naznachenija// Izv. vuzov. Tehnologija tekstil'noj promyshlennosti. – 2019, №6. S.16-21.
7. GOST ISO 20645-2014. Izdelija tekstil'nye. Opredelenie antibakterial'noj aktivnosti.
8. Vyderzhit bol'she 20 stirok: uchenye sozdali antivirusnuju propitku dlja tkani. RIA Novosti, 16.06.2020. https://ria.ru/20200616/1572939233.html
9. Medicinskie antibakterial'nye shtory "Green Days" - neobhodimyj atribut sovremennogo lechebnogo uchrezhdenija, rekomendovano Ministerstvom zdravoohraneniem Rossijskoj Federacii. https://wm-greendays.ru/?yclid=3657554545107305718

References

1. Nikiforov VV et al. New coronavirus infection (COVID 19): clinical and epidemiological aspects // Archive of Internal Medicine No. 2, 2020, p. 87-93
2. Scherbakov A.B., Korchak G.I., Surmasheva E.V. et al. // Pharmaceutical Journal. 2006. No5. S.45-57.
3. Protective masks with premium silver. 06/26/2020, 16:11 Ivanovonews. https://www.ivanovonews.ru/reports/1028810.
4. RF patent No. 2640277 dated 12/27/2017, bull. No. 36. A method of obtaining an antimicrobial silver-containing cellulosic material / Dymnikova N.S., Erokhina E.V., Galashina V.N., Moryganov A.P., Dyachin S.A.
5. Dymnikova N.S., Erokhina E.V., Kuznetsov O.Yu., Moryganov A.P. Investigation of the effect of the substantivity of silver-containing preparations on cellulosic material on its biological activity // Russian Chemical Journal. 2017, t. LXI, No. 2, p. 3-12.
6. Moryganov A.P., Dymnikova N.S., Erokhina E.V. Biologically active textile materials for medical and cosmetic products // Izv. universities. Technology of the textile industry. - 2019, No. 6. S.16-21.
7. GOST ISO 20645-2014. Textile products. Determination of antibacterial activity.
8. Withstand more than 20 washings: scientists have created an antiviral impregnation for the fabric. RIA Novosti, June 16, 2020. https://ria.ru/20200616/1572939233.html
9. Medical antibacterial curtains "Green Days" - a necessary attribute of a modern medical institution, recommended by the Ministry of Health of the Russian Federation. https://wm-greendays.ru/?yclid=3657554545107305718