Модификация супергидрофильных поверхностей с антибактериальными свойствами для повышения их стойкости к загрязнению волокнами при санитарной обработке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Супергидрофильные медные поверхности с иерархической текстурой показали высокую эффективность для борьбы с инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи (ИСМП). Однако одним из ключевых недостатков таких поверхностей является их высокая механическая загрязняемость при санитарной обработке волокнистыми материалами. В данной работе предложен метод лазерной модификации супергидрофильных медных поверхностей, позволяющий повысить устойчивость поверхности к загрязнениям волокнами ткани при санитарной обработке. Показано, что после предложенной модификации морфологии получающиеся поверхности сохраняют супергидрофильность, а после нанесения гидрофобного агента демонстрируют супергидрофобные свойства. Кроме того, предложенный метод модификации позволил повысить стойкость иерархической текстуры к абразивному износу при сохранении высоких бактерицидных свойств поверхности. Полученные результаты указывают на возможность использования модифицированных текстурированных медных материалов в качестве бактерицидных поверхностей касания для борьбы с ИСМП в медицинских учреждениях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ф. Ш. Омран

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: fadiomran.ipce@gmail.com
Россия, Москва

В. В. Каминский

Российский научный центр рентгенорадиологии

Email: fadiomran.ipce@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Emelyanenko K.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Laser obtained superhydrophobic state for stainless steel corrosion protection, a review // Coatings. 2023. V. 13. № 1. P. 194. https://doi.org/10.3390/coatings13010194
  2. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M., Emelyanenko K.A., Modin E.B. Modus operandi of protective and anti-icing mechanisms underlying the design of longstanding outdoor icephobic coatings // ACS Nano. 2019. V. 13. № 4. P. 4335–4346. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b09549
  3. Kuzina E.A., Emelyanenko K.A., Teplonogova M.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Durable superhydrophobic coatings on tungsten surface by nanosecond laser ablation and fluorooxysilane modification // Materials. 2022. V. 16. № 1. P. 196. https://doi.org/10.3390/ma16010196
  4. Kuzina E.A., Emelyanenko K.A., Domantovskii A.G., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Preparation of stable superhydrophobic coatings on a paint surface with the use of laser treatment followed by hydrophobizer deposition // Colloid Journal. 2022. V. 84. № 4. P. 445–455. https://doi.org/10.1134/S1061933X22040093
  5. Liu Z., Zhang H., Wang S., Chen W. Metal surface wettability modification by nanosecond laser surface texturing: A review // Biosurface and Biotribology. 2022. V. 8. № 2. P. 95–120. https://doi.org/10.1049/bsb2.12039
  6. Emelyanenko A.M., Makvandi P., Moradialvand M., Boinovich L.B. Harnessing extreme wettability: Combatting spread of bacterial infections in healthcare // Surface Innovations. 2024. https://doi.org/10.1680/jsuin.24.00048
  7. Ji X., Sun Y. Special issue on laser surface engineering for tribology // Lubricants. 2024. V. 12. № 3. P. 98. https://doi.org/10.3390/lubricants12030098
  8. Piscitelli F., De Palo R., Volpe A. Enhancing coating adhesion on fibre-reinforced composite by femtosecond laser texturing // Coatings. 2023. V. 13. № 5. P. 928. https://doi.org/10.3390/coatings13050928
  9. Stepanovska J., Matejka R., Rosina J., Bacakova L., Kolarova H. Treatments for enhancing the biocompatibility of titanium implants // Biomedical Papers of the Medical Faculty of Palacky University in Olomouc. 2020. V. 164. № 1. P. 54–63. https://doi.org/10.5507/bp.2019.062
  10. Michaljaničová I., Slepička P., Kasálková N. S., Sajdl P., Švorčík V. Plasma and laser treatment of PMP for biocompatibility improvement // Vacuum. 2014. V. 107. P. 184–190. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2014.01.023
  11. Rosenthal V.D., Yin R., Lu Y., Rodrigues C., Myatra S.N., Kharbanda M., Jin, Z. The impact of healthcare-associated infections on mortality in ICU: a prospective study in Asia, Africa, Eastern Europe, Latin America, and the Middle East // Am. J. Infect. Control. 2023. V. 51. P. 675–682. https://doi.org/10.1016/j.ajic.2022.08.024
  12. Shulakova N.I., Tutelyan A.V., Maleev V.V., Akimkin V.G. Risks of HAIs: problems and pitfalls // Health Risk Anal. 2023. 2023. P. 104–114. https://doi.org/10.21668/health.risk/2023.2.10.eng
  13. Скачкова Т.С., Замятин М.Н., Орлова О.А., Юмцунова Н.А., Лашенкова Н.Н., Фомина В.С., Гусаров В.Г., Шеленков А.А., Михайлова Ю.В., Головешкина Е.Н., Акимкин В.Г. Мониторинг метициллинрезистентных штаммов стафилококка в многопрофильном стационаре Москвы с помощью молекулярно-биологических методов // Эпидемиол. и Вакцинопроф. 2021. T. 20. C. 44–50. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2021-20-1-44-50
  14. Suksatan W., Jasim S.A., Widjaja G., Jalil A.T., Chupradit S., Ansari M.J., Mustafa Y.F., Hammoodi H.A., Mohammadi M.J. Assessment effects and risk of nosocomial infection and needle sticks injuries among patients and health care workers // Toxicology Reports. 2022. V. 9. P. 284–292. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2022.02.013
  15. Nimer N. A. Nosocomial infection and antibiotic-resistant threat in the middle east // Infection and Drug Resistance. 2022. V. 15. P. 631–639. https://doi.org/10.2147/IDR.S351755
  16. Du Q., Zhang D., Hu W., Li X., Xia Q., Wen T., Jia H. Nosocomial infection of COVID-19: A new challenge for healthcare professionals // International Journal of Molecular Medicine. 2021. V. 47. № 4. P. 1–1. https://doi.org/10.3892/ijmm.2021.4864
  17. World Health Organization. The burden of health care-associated infection worldwide // World Health Organization. 2010.
  18. Tackling the coronavirus (COVID-19): Contributing to a global effort. https://www.oecd-ilibrary.org/sites/4af33743-en/index.html?itemId=/content/component/4af33743-en (accessed on June 15, 2024)
  19. Ananda T., Modi A., Chakraborty I., Managuli V., Mukhopadhyay C., Mazumder N. Nosocomial infections and role of nanotechnology // Bioengineering. 2022. V. 9. № 2. P. 51. https://doi.org/10.3390/bioengineering9020051
  20. Saha M., Sarkar A. Review on Multiple Facets of Drug Resistance: A Rising Challenge in the 21st Century // J. Xenobiot. 2021. V. 11. P. 197–214. https://doi.org/10.3390/jox11040013
  21. Zhen X., Lundborg C.S., Sun X., Hu X., Dong H. Economic burden of antibiotic resistance in ESKAPE organisms: a systematic review // Antimicrob. Resist. Infect. Control. 2019. V. 8. P. 137. https://doi.org/10.1186/s13756-019-0590-7
  22. Gold K., Slay B., Knackstedt M., Gaharwar A.K. Antimicrobial activity of metal and metal‐oxide based nanoparticles // Advanced Therapeutics. 2018. V. 1. № 3. P. 1700033. https://doi.org/10.1002/adtp.201700033
  23. Hobman J.L., Crossman L.C. Bacterial antimicrobial metal ion resistance // Journal of Medical Microbiology. 2015. V. 64. № 5. P. 471–497. https://doi.org/10.1099/jmm.0.023036-0
  24. Liu J., Zhang Y., Ren X., Chen Q. Nano-modified titanium implant materials: a way toward improved antibacterial properties // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2020. V. 8. P. 576969. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.576969
  25. Psomas G. Copper (II) and zinc (II) coordination compounds of non-steroidal anti-inflammatory drugs: Structural features and antioxidant activity // Coordination Chemistry Reviews. 2020. V. 412. P. 213259. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213259
  26. Emelyanenko A.M., Kaminsky V.V., Pytskii I.S., Emelyanenko K.A., Domantovsky A.G., Chulkova E.V., Shiryaev A.A., Aleshkin A.V., Boinovich L.B. Antimicrobial activity and degradation of superhydrophobic magnesium substrates in bacterial media // Metals. 2021. V. 11. № 7. P. 1100. https://doi.org/10.3390/met11071100
  27. de Romaña D.L., Olivares M., Uauy R., Araya M. Risks and benefits of copper in light of new insights of copper homeostasis // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2011. V. 25. № 1. P. 3–13. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2010.11.004
  28. Turnlund J.R., Keyes W.R., Kim S.K., Domek J.M. Long-term high copper intake: effects on indexes of copper status, antioxidant status, and immune function in young men // The American Journal of Clinical Nutrition. 2004. V. 79. № 6. P. 1037–1044. https://doi.org/10.1093/ajcn/79.6.1037
  29. Pelgrom S.M.G.J., Lock R.A.C., Balm P.H.M., Bonga S.W. Integrated physiological response of tilapia, oreochromis mossambicus, to sublethal copper exposure // Aquatic Toxicology. 1995. V. 32. № 4. P. 303–320. https://doi.org/10.1016/0166-445X(95)00004-N
  30. Boinovich L.B., Emelyanenko K.A., Domantovsky A.G., Chulkova E.V., Shiryaev A.A., Emelyanenko A.M. Pulsed laser induced triple layer copper oxide structure for durable polyfunctionality of superhydrophobic coatings // Advanced Materials Interfaces. 2018. V. 5. № 21. P. 1801099. https://doi.org/10.1002/admi.201801099
  31. ISO 25178. Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface Texture: Area - Part 2: Terms, Definitions and Surface Texture Parameters. International Organisation for Standardization. Geneva. 2012.
  32. Kuzina E.A., Omran F.S., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. On the Significance of Selecting Hydrophobization Conditions for Obtaining Stable Superhydrophobic Coatings // Colloid J. 2023. V. 85. P. 59–65. https://doi.org/10.1134/S1061933X22600567
  33. ASTM F735-17 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Transparent Plastics and Coatings Using the Oscillating Sand Method; ASTM International: West Conshohocken, PA. USA. 2017.
  34. Guenther K.H., Kaminski L.R. Abrasion testing of vacuum coated plastic lenses // Ophthalmic Optics. SPIE, 1986. V. 601. P. 69–75.
  35. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Автоматизированная установка для измерения поверхностного натяжения жидкостей и краевых углов смачивания // Приборы и техника эксперимента. 2002. № 2. С. 167.
  36. Agafonova M.N., Kazakova R.R., Lubina A.P., Zeldi M.I., Nikitina E.V., Balakin K.V., Shtyrlin Y.G. Antibacterial activity profile of miramistin in in vitro and in vivo models // Microbial Pathogenesis. 2020. V. 142. P. 104072. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2020.104072

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Приложение
Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 1. Высота столбцов соответствует проценту госпитализированных пациентов в каждой стране с хотя бы одной ИСМП (левая ось), а отметки – доле этих инфекций, устойчивых к антибиотикам (правая ось), красный столбец – среднее значение по странам Европы, 2016–2017 гг. [18]

Скачать (196KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Схематичное изображение протокола исследования антибактериальных свойств изготовленных образцов

Скачать (70KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Схематичное изображение протокола деконтаминации в объеме бактериальной дисперсии

Скачать (61KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Профилограмма поверхности (а) и графическое представление функциональных параметров относительно кривой опорной поверхности (б)

Скачать (72KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Двухмерные проекции поверхностей: а – базового режима Cu20, б – режима дополнительной обработки 2A

Скачать (324KB)
Метаданные
8. Рис. 6. Трехмерные снимки поверхностей: а – базового режима Cu20, б – режима дополнительной обработки 2A

Скачать (181KB)
Метаданные
9. Рис. 7. Капиллярная пропитка дополнительно обработанных лазером текстурированных медных пластин

Скачать (111KB)
Метаданные
10. Рис. 8. Изменение концентрации бактерий в объеме дисперсии при контакте с различными образцами: 1 – гладкая медная пластина, 2 – Cu20, 3 – 2А, 4 – 2А-М (пропитка мирамистином), 5 – контроль бактериальной дисперсии

Скачать (111KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024