1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Коллоидный журнал
  4. T. 85, № 5, 2023

Коллоидный журнал, 2023, T. 85, № 5, стр. 641-654

Влияние биологической загрязненности медных поверхностей с экстремальным смачиванием на их антибактериальные свойства

Ф. Ш. Омран 1, *, В. В. Каминский 2, К. А. Емельяненко 1, А. М. Емельяненко 1, Л. Б. Бойнович 1

1 Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
119071 Москва, Ленинский просп. 31, корп. 4, Россия

2 Федеральное государственное бюджетное учреждение “Российский научный центр рентгенорадиологии” Министерства здравоохранения Российской Федерации
117997 Москва, ул. Профсоюзная, д. 86, Россия

* E-mail: duckyfriedrich@gmail.com

Поступила в редакцию 27.06.2023
После доработки 19.07.2023
Принята к публикации 28.07.2023

Аннотация

Бактериальные инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи (ИСМП), являются одной из острых проблем современного здравоохранения. Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является разработка материалов, которые либо обладают бактерицидным действием по отношению к возбудителям ИСМП, либо препятствуют передаче попадающих на их поверхность бактерий при контактах пациентов и персонала с такими поверхностями. В данной работе исследована антибактериальная эффективность применения медных контактных поверхностей с различной смачиваемостью. Особое внимание уделено изучению влияния на эту эффективность загрязнения поверхностей как потожировыми выделениями при контактах с людьми, так и поддерживающими жизнедеятельность бактерий веществами на примере пептонного раствора. В связи с дороговизной меди, исследована также возможность замены объемного медного материала на менее дорогой с напыленным медным покрытием. Результаты тестирования показали, что бактерицидная эффективность по отношению к штамму Staphylococcus aureus как контрольных медных и супергидрофильных медных пластин, так и напыленных медных пленок оказывается близкой к 100% и практически не изменяется после загрязнения пептонным раствором или потожировыми выделениями. Супергидрофобные медные поверхности обладают меньшей бактерицидной эффективностью, но благодаря эффекту несмачиваемости и низкой адгезии клеток к такой поверхности, дольше остаются неконтаминированными и тем самым также способствуют снижению передачи инфекций через изготовленные из них поверхности касания.

Ключевые слова: антибактериальные поверхности, лазерное модифицирование поверхности, биокоррозия, наночастицы, экстремальное смачивание

Список литературы

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. World Health Organization. The burden of health care-associated infection worldwide // World Health Organization. 2010.

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. Ustundag B., Yilmaz E., Dogan Y., Akarsu S., Canatan H., Halifeoglu I., Cikim G., Aygun A.D. Levels of cytokines (IL-1β, IL-2, IL-6, IL-8, TNF-α) and trace elements (Zn, Cu) in breast milk from mothers of preterm and term infants // Mediators of Inflammation. 2005. V. 2005. № 6. P. 331–336. https://doi.org/10.1155/MI.2005.331

  10. Vincent M., Hartemann P., Engels-Deutsch M. Antimicrobial applications of copper // International Journal of Hygiene and Environmental Health. 2016. V. 219. № 7. Part A. P. 585–591. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2016.06.003

  11. Vincent M., Duval R.E., Hartemann P., Engels-Deutsch M. Contact killing and antimicrobial properties of copper. // Journal of Applied Microbiology. 2018. V. 124. № 5. P. 1032–1046. https://doi.org/10.1111/jam.13681

  12. Grass G., Rensing C., Solioz M. Metallic Copper as an antimicrobial surface // Appl. Environ. Microbiol. 2011. V. 77. № 5. P. 1541–1547. https://doi.org/10.1128/AEM.02766-10

  13. Dollwet H.H.A., Sorenson J.R.J. Historic uses of copper compounds in medicine // Trace Elem. Med. 1985. V. 2. № 2. P. 80–87.

  14. Inkinen J., Makinen R., Keinanen-Toivola M.M., Nordstrom K., Ahonen M. Copper as an antibacterial material in different facilities // Lett. Appl. Microbiol. 2017. V. 64. № 1. P. 19–26. https://doi.org/10.1111/lam.12680

  15. Arendsen L.P., Thakar R., Sultan A.H. The use of copper as an antimicrobial agent in health care, including obstetrics and gynecology // Clinical Microbiology Reviews. 2019. V. 32. № 4. P. e00125-18. https://doi.org/10.1128/cmr.00125-18

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. Emelyanenko A.M., Kaminskii V.V., Pytskii I.S., Domantovsky A.G., Emelyanenko K.A., Aleshkin A.V., Boinovich L.B. Antibacterial properties of superhydrophilic textured copper in contact with bacterial suspensions // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2020. V. 168. P. 488–491. https://doi.org/10.1007/s10517-020-04737-5

  22. Rosli N.A., Teow Y.H., Mahmoudi E. Current approaches for the exploration of antimicrobial activities of nanoparticles // Science and Technology of Advanced Materials. 2021. V. 22. №. 1. P. 885–907. https://doi.org/10.1080/14686996.2021.1978801

  23. Emelyanenko A.M., Pytskii I.S., Kaminsky V.V., Chulkova E.V., Domantovsky A.G., Emelyanenko K.A., Sobolev V.D., Aleshkin A.V., Boinovich L.B. Superhydrophobic copper in biological liquids: Antibacterial activity and microbiologically induced or inhibited corrosion // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2020. V. 185. P. 110622. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2019.110622

  24. Zarasvand K.A., Rai V.R. Microorganisms: Induction and inhibition of corrosion in metals // International Biodeterioration & Biodegradation. 2014. V. 87. P. 66–74. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2013.10.023

  25. Каминский В.В., Емельяненко А.М., Алешкин А.В., Емельяненко К.А., Бойнович Л.Б. Эффективность и механизмы бактерицидного действия на Escherichia coli супергидрофильной поверхности магниевого сплава // Микробиология. 2021. Т. 90. № 5. С. 613–617. https://doi.org/10.31857/S0026365621050098

  26. Boinovich L.B., Kaminsky V.V., Domantovsky A.G., Emelyanenko K.A., Aleshkin A.V., Zulkarneev E.R., Kiseleva I.A., Emelyanenko A.M. Bactericidal activity of superhydrophobic and superhydrophilic copper in bacterial dispersions // Langmuir. 2019. V. 35. № 7. P. 2832–2841. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b03817

  27. Boinovich L.B., Modin E.B., Aleshkin A.V., Emelyanenko K.A., Zulkarneev E.R., Kiseleva I.A., Vasiliev A.L., Emelyanenko A.M. Effective antibacterial nanotextured surfaces based on extreme wettability and bacteriophage seeding // ACS Applied Nano Materials. 2018. V. 1. №. 3. P. 1348–1359. https://doi.org/10.1021/acsanm.8b00090

  28. Baker L.B., Wolfe A.S. Physiological mechanisms determining eccrine sweat composition // European Journal of Applied Physiology. 2020. V. 120. P. 719–752. https://doi.org/10.1007/s00421-020-04323-7

  29. Verde T., Shephard R.J., Corey P., Moore R. Sweat composition in exercise and in heat // Journal of Applied Physiology. 1982. V. 53. № 6. P. 1540–1545. https://doi.org/10.1152/jappl.1982.53.6.1540

  30. Wilke K., Martin A., Terstegen L., Biel S.S. A short history of sweat gland biology // International Journal of Cosmetic Science. 2007. V. 29. № 3. P. 169–179. https://doi.org/10.1111/j.1467-2494.2007.00387.x

  31. Collins K.J. Composition of palmar and forearm sweat // Journal of Applied Physiology. 1962. V. 17. № 1. P. 99–102. https://doi.org/10.1152/jappl.1962.17.1.99

  32. Picardo M., Ottaviani M., Camera E., Mastrofrancesco A. Sebaceous gland lipids // Dermato-Endocrinology. 2009. V. 1. № 2. P. 68–71. https://doi.org/10.4161/derm.1.2.8472

  33. Picknett R.G., Bexon R. The evaporation of sessile or pendant drops in still air // Journal of Colloid and Interface Science. 1977. V. 61. № 2. P. 336–350. https://doi.org/10.1016/0021-9797(77)90396-4

  34. Bourges-Monnier C., Shanahan M.E.R. Influence of evaporation on contact angle // Langmuir. 1995. V. 11. № 7. P. 2820–2829. https://doi.org/10.1021/la00007a076

  35. Bennacer R., Ma X. Effect of temperature and surfactants on evaporation and contact line dynamics of sessile drops // Heliyon. 2022. V. 8. № 11. P. e11716. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11716

  36. Anantharaju N., Panchagnula M., Neti S. Evaporating drops on patterned surfaces: Transition from pinned to moving triple line // Journal of Colloid and Interface Science. 2009. V. 337. № 1. P. 176–182. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.04.095

  37. Misyura S.Y., Andryushchenko V.A., Morozov V.S., Smovzh D.V. The effect of textured surface on graphene wettability and droplet evaporation // Journal of Materials Science. 2022. V. 57. № 3. P. 1850–1862. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06853-7

  38. Chulkova E.V., Emelyanenko K.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Elimination of wetting study flaws in unsaturated vapors based on Laplace fit parameters // Surface Innovations. 2022. V. 10. № 1. P. 21–24. https://doi.org/10.1680/jsuin.21.00012

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Коллоидный журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал