CONDITIONING OF PHOTOINDUCED BACTERICIDAL ACTIVITY ON SURFACE OF TITANIUM DIOXIDE FILMS

Full Text

Одна из ведущих проблем медицинской экологии — контаминация лечебных учреждений антибиотико-резистентными штаммами, приводящая к возникновению нозокомиальных инфекций [5]. Важным резервуаром для патогенных и условно-патогенных бактерий являются поверхности медицинских учреждений [9]. Самоочищающиеся покрытия не только снижают значимость поверхностей в качестве резервуара инфекции, но и способствуют очистке воздуха медицинских учреждений. В качестве тонкопленочных покрытий с самостерилизующимися свойствами используются полупроводники, среди которых чаще всего применяется диоксид титана (TiO2) благодаря его относительно низкой стоимости, стабильности и высокой активности [15]. При внесении дополнительной энергии (чаще всего кванта ультрафиолета), превышающей ширину запрещенной зоны (3,2 эВ для кристаллической модификации — анатаза) происходит возбуждение электрона (ё) и его переход из валентной зоны в зону проводимости, где он акцептируется кислородом. В результате в валентной зоне формируется электронная вакансия — дырка (h+), которая также принимает участие в формировании активных форм кислорода (АФК) [7]. В целом активация поверхности ультрафиолетом, сопровождающаяся образованием АФК, может быть описана следующим комплексом реакций: TiO2+ Hv^ TiO2 (ё + H+) (1) TiO2 ( h+) + H2Ocuk ^ TiO2 + OHacl+ H+) (2) TiO2 ( h+) + HO-cs ^ TiO2 + OHcs (3) TiO2 ( ё) + O2^ TiO2 + O2 (4) Образуемые на поверхности ТЮ2-пленок АФК окисляют мембрану адсорбированных микроорганизмов, что приводит к бактериолизу [11]. Среди механизмов бактерицидности фотоиндуцированных пленок TiO2 отмечены также: окисление бактериальных ферментов [14], перекисное окисление как мембранных, так и не мембранных ненасыщенных жирных кислот [8], снижение рН [16], окисление нуклеоида и плазмидной ДНК, а также РНК бактериальных клеток [18]. Проблемой практического использования тонкопленочных покрытий является возможность гидрофилизации TiOj-пленок после однократного использования, что сопровождается снижением бактериолиза на поверхности [4]. Поэтому целью данной работы являлось изучение условий, влияющих на эффективность бактерицидной активности ТЮ2-пленок. Для этого решались следующие задачи: 1) исследование динамики бактерицидной активности пленок в отношении грамположительных и грамотрицательных штаммов бактерий; 2) кондиционирование абиотической системы — сравнение влияния физических и химических Для профилактики нозокомиальных инфекций разрабатываются специальные покрытия на основе диоксида титана (TiO2). При их облучении ультрафиолетом (УФ) на поверхности генерируются активные формы кислорода, вызывающие гибель бактерий. В работе исследовано влияние на бактерицидную активность Ті02-пленок времени облучения УФ, термической и химической обработки пленок, изучена бактерицидность в отношении клинических штаммов суспендированных и лиофилизированных бактерий. Жизнеспособность суспендированных бактерий определялась методом подсчета КОЕ, лиофилизированных - методом оценки бактерицидности на основании коэффициентов экстинкции контрольных и опытных проб. Показано, что бактерицидный эффект тонких пленок в отношении всех штаммов повышается при увеличении экспозиции в потоке УФ; термическая и химическая обработка вызывает восстановление бактерицидности, которая утрачивается при первичной инкубации бактериальной суспензии на поверхности; отсутствие жидкости в системе увеличивает бактерицидную активность TiO.-пленок. Ключевые слова: бактерицидность, пленки диоксида титана 21 Эндоэкология Экология человека 2013.03 способов обработки ТЮ2-пленок на эффективность реализации бактерицидности; 3) кондиционирование биотической системы — выявление бактерицидности TiOj-пленок в отношении лиофилизированных штаммов бактерий. Методы В качестве объектов исследования использовали бактериальные штаммы: золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus 956), эпидермального стафилококка (S. epidermidis 1061), кишечной палочки (Escherichia coli 321-5), выделенные на базе бактериологической лаборатории клинической инфекционной больницы № 2 г. Нижнего Новгорода. Получение TiO2-пленок. Ті02-пленки формировали на поверхности стекла методом золь-гель технологии. В качестве прекурсора использовали 5 % тетрабутоксититан Ti (OC4H9)4 в изопропиловом спирте (CH3CH[OH]CH3, степень чистоты 99,5 %). В качестве катализаторов реакций гидролиза и поликонденсации применяли соляную кислоту (37 % HCl) и толуол (99,5 % C5H5CH3). Раствор наносили на вращающуюся чашку Петри (400 об/мин) и с помощью центробежной силы распределяли по поверхности стекла до появления однородного прозрачного слоя полимеризованной титановой кислоты. Последующая экспозиция (24 °С, 30 мин) приводила к повышению вязкости и формированию геля. Дальнейшая термическая обработка (450 °С, 5 ч) завершала реакции разложения промежуточных продуктов гидролиза. В итоге формировалась прозрачная пленка TiO2, прочно связанная с поверхностью стекла [6]. Работа с бактериальной суспензией. Штаммы выращивали на ГМФ-агаре (ЗАО «НИЦ фармакотерапии», Санкт-Петербург) 20 ч при 37 °С. Со скошенного агара делали смыв стерильным физиологическим раствором (ФР, рН 7,2, ОАО «Биохимик», г. Саранск), дважды отмывали центрифугированием (200 г, 20 мин) и доводили коэффициент экстинкции микробной суспензии до 0,269 на КФК-2МП (Россия) (670 нм), что соответствовало 10 МЕ стандарта мутности. Из полученной суспензии готовили серию разведений, для того чтобы добиться формирования на ГМФ-агаре изолированных колоний в количестве около 200 КОЕ. Все разведения готовили на стерильном ФР, поскольку существуют данные о неоднозначном влиянии фосфатно-солевого буфера на бактерицидную активность ТЮ2-пленок [12]. Лиофилизация бактерий. Суспензию бактерий (2,2·108 микроорганизм/мл) заливали во флаконы, помещали в кассеты и замораживали (—40 °С, 12 ч). Замороженный материал быстро переносили в сублиматор, создавали глубокий вакуум (0,1 мм рт. ст.) и пониженную температуру ( — 50 °С). Для удаления связанной воды из бактериальной массы производили досушивание материала в этой же камере при 36 °C. После окончания лиофильной сушки вакуумный насос выключали и в камеру через фильтр подавали азот. После этого флаконы с образцами укупоривали. 22 Исследование бактерицидной активности TiO2-пленок. Нижеизложенный протокол использовали для исследования бактерицидной активности в отношении бактериальных суспензий. Нанесенную на ТЮ2-пленки бактериальную суспензию облучали УФ-светом (365 нм) в течение 15, 30 или 60 мин. Плотность мощности светопотока УФ-лампы (ВИО-2, Украина), оцененная измерителем энергии излучения (ИМО-2Н, Россия), составила 4,5 мВт/см2. Для отсечения «жесткого» ультрафиолета, обладающего собственной бактерицидной активностью (λ < 340 нм), использовали светофильтр УФС-6. В контрольном эксперименте в тех же условиях облучали бактериальную суспензию, нанесенную на поверхность стерильного стекла. Снижение жизнеспособности бактерий на ТЮ2-пленках оценивали относительно этого контроля. В серии предварительных экспериментов бактериальную суспензию инкубировали как на поверхности ТЮ2-пленок, так и без нее (поверхность стекла), в темноте. Поскольку наблюдали отсутствие различий в количестве КОЕ у бактерий, инкубированных на поверхности ТЮ2-пленок и на поверхности стекла в серии темно-вых экспериментов, в дальнейшем этот контроль был исключен. После инкубации под УФ-светом бактериальную суспензию (0,05 мл) стерильно переносили на поверхность ГМФ-агара и равномерно распределяли по поверхности чашки Петри. Посевы инкубировали 20 ч при 37 °С, после чего подсчитывали КОЕ. Физические и химические способы обработки поверхности TiO2-пленок. После исследования чашки Петри с нанесенными на них ТЮ2-пленками помещали в рабочий раствор жавеля («Jasol», Франция), затем промывали дистиллированной водой и стерилизовали в сухожаровом шкафу (180 °С, 60 мин). После выявления факта гидрофилизации поверхности и снижения бактерицидной активности тонких пленок [4] для реверсии первичных свойств ТЮ2-пленок использовали физический метод — отжиг в муфельной печи (450 °С, 3 ч) или химический метод — обработка бензолом (ЧДА, 99,6 %, 1 мл, 24 ч). Аналогичным манипуляциям подвергалась поверхность стекла, используемая в контрольных экспериментах. Далее бактерицидная активность обработанных пленок была исследована согласно основному протоколу. Статистическая обработка данных. Сравнение дисперсий средних значений контроля (только ультрафиолет) и опыта (ультрафиолет + ТЮ2-пленки) проводили с использованием критерия Стьюдента для парных выборок [2. С. 286—294]. Статистически значимыми различия между двумя выборками признавали при р < 0,05. Предварительно проводилось определение границ нормального распределения количественных показателей с использованием критерия Шапиро — Уилка для малых выборок [3. C. 54]. Для статистического анализа использована программа Origin Pro 8. Экология человека 2013.03 Эндоэкология Результаты Исследование динамики биоцидности тонких пленок диоксида титана выявило существенное снижение жизнеспособности грамположительных и грамотри-цательных штаммов бактерий (табл. 1). Увеличение времени инкубации приводит к уменьшению числа колониеобразующих единиц (КОЕ). Для двух штаммов - S. epidermidis 1061 и E. coli 321-5 характерны практически одинаковые результаты жизнеспособности для 15 и 30 мин экспозиции, и только увеличение времени экспозиции под УФ до 60 мин вызывает значительное изменение бактерицидного эффекта ТЮ2-пленок. В то же время для S. aureus 956 отмечается постоянное снижение жизнеспособности при увеличении времени инкубации. Однако поток УФ в присутствии жидкости на поверхности ТЮ2-пленок вызывает их гидрофилизацию. В результате бактерицидный эффект практически полностью исчезает [4]. Были предприняты попытки реверсии первоначальных свойств ТЮ2-пленок с помощью физических и химических факторов. После первичной инкубации под УФ-светом с бактериальной суспензией поверхности повторно отжигались в муфельной печи (450 °С, 3 ч) и тестировались в системе с бактериями. Для исследования брали S. aureus 956 и E. coli 321-5. Результаты представлены в табл. 2. Отжиг вызывает реверсию свойств ТЮ2-пленок: их бактерицидная активность восстанавливается в полном объеме. Опробован химический метод обработки гидро-филизованных поверхностей. Для этого использованные ТЮ2-пленки инкубировали с бензолом: чашки Петри (0 40 мм) (контроль) и чашки Петри с нанесенными на них ТЮ2-пленками заливали 1 мл бензола и экспонировали в вытяжном шкафу в течение 24 часов. За время экспозиции бензол полностью испарялся, после чего на обработанных поверхностях исследовали динамику бактерицидной активности в отношении штамма S. epedermidis 1061. Результаты суммированы в табл. 3. Они доказывают, что обработка бензолом, как и термическое воздействие, вызывает полную реверсию бактерицидных свойств ТЮ2-пленок. Однако для сохранения гидрофобных свойств п о ве рхно с те й п о сл е о б ра б о тки б е нз о ло м не проводилась отмывка (поскольку внесение воды вновь могло вызвать гидрофилизацию). Для исключения предположения об увеличении бактерицидной активности пленок в результате воздействия Таблица 1 Динамика снижения жизнеспособности бактериальных штаммов (КОЕ) на поверхности ТЮ2-пленок Время инкубации, мин Штамм 15 30 60 Контроль 103,5 ± 9,9 68,3 ± 9,7 18,5 ± 5,1 S. aureus 956 Опыт 72,2 ± 8,6 (t=12,2; df=10; р<0,001) 34,1 ± 7,5 (t=7,4; df=7; р<0,001) 7,5 ± 3,5 (t=5,3; df=7; р=0,001) Контроль 106,0 ± 12,2 106,1 ± 19,8 103,7 ± 19,4 S. epedermidis 1061 Опыт 81,3 ± 11,3 (t=6,7; df=10; р<0,001) 83,3 ± 20,8 (t=5,7; df=10; р<0,001) 56,2 ± 19,8 (t=9,5; df=17; р<0,001) Контроль 106,0 ± 12,2 102,8 ± 12,9 94,5 ± 18,4 E. coli 321-5 Опыт 81,3 ± 11,3 (t=6,7; df=10; р<0,001) 82,3 ± 16,5 (t=4,9; df=9;р<0,001) 57,7 ± 19,7 (t=10,1; df=14; р<0,001) Таблица 2 Динамика снижения жизнеспособности бактериальных штаммов (КОЕ) на поверхности термически обработанных (450 °С, 3 ч) TiO2-пленок Штамм Время инкубации, мин 15 30 60 S. aureus 956 Контроль 136,4 ± 40,7 127,4 ± 9,2 91,1 ± 9,6 Опыт 98,9 ± 26,5 (t=4,6; df=9; p=0,001) 42,1 ± 4,5 (t=20,1; df=7; р<0,001) 3,1 ± 1,4 (t=23,9; df=7; р<0,001) E. coli 321-5 Контроль 108,6 ± 33,4 111,1 ± 37,2 104,3 ± 25,9 Опыт 86,4 ± 33,0 (t=2,9; df=7; p=0,020) 69,6 ± 36,2 (t=5,1; df=9; р<0,001) 54,0 ± 15,1 (t=5,6; df=10; р<0,001) Таблица 3 Динамика снижения жизнеспособности S. epedermidis 1061 (КОЕ) на поверхности химически обработанных TiO2-пленок (бензол, 24 ч) Штамм Время инкубации, мин 15 30 60 S. epedermidis 1061 Контроль 70,1 ± 29,9 48,4 ± 25,4 46,5 ± 5,7 Опыт 26,5 ± 9,3 (t=8,5; df=7; р<0,001) 5,8 ± 1,2 (t=4,8; df=7; p=0,002) 1,0 ± 0,2 (t=14,1; df=7; р<0,001) 23 Эндоэкология Экология человека 2013.03 на бактерии неиспарившимся, остаточным бензолом было проведено сравнительное исследование жизнеспособности штамма на поверхности необработанного стерильного стекла (контроль) и стерильного стекла, обработанного бензолом в том же режиме, что ранее обрабатывались ТЮ2-пленки (опыт). Результаты, представленные в табл. 4, демонстрируют полное отсутствие влияния на жизнеспособность штамма S. epedermidis 1061 предварительной обработки поверхностей бензолом. В условиях стационаров контаминация воздушной среды и поверхностей может происходить и в виде микросуспензий, и в виде сухих микрочастиц, содержащих бактерии [10]. Нами была разработана методика исследования жизнеспособности лиофилизированных бактерий на ТЮ2-пленках. Еще одной причиной для создания новой методики было исключение возможности контакта поверхности с жидкостью, чтобы предотвратить эффект гидрофилизации. В этом случае появляется возможность исследования бактерицидного эффекта пленок многократно без изменения изначальных гидрофобных свойств поверхности. Методика включала следующие этапы: 1. Лиофилизированные микроорганизмы (2,2·108 микроорганизм) насыпали на поверхность стекла, экспонированного в стерильных условиях без доступа УФ (контрольный эксперимент); на поверхность стерильного стекла, экспонированного под УФ (опыт 1) и ТЮ2-пленок, экспонированных в потоке УФ (опыт 2). Время экспозиции во всех экспериментах составило 15 мин. В контрольном эксперименте оценивалась жизнеспособность бактериальных штаммов, выведенных из лиофилизиро-ванного состояния в условиях окружающей среды. Опыт 1 отражал бактерицидное действие только УФ, а опыт 2 — сочетанное воздействие двух факторов — УФ и ТЮ2-пленок. 2. Бактерии сухо переносили в мясо-пептонный бульон (МПБ) (ФГУН ГНЦ ПМБ, Оболенск) и инкубировали 37 °C, 72 ч (время инкубации было подобрано для обоих штаммов по кривой роста бактериальной культуры в серии предварительных экспериментов — рис. 1 ). 3. К моменту выхода культуры на стационарную фазу роста количество бактерий в МПБ определяется изначальной концентрацией выживших на поверхностях бактерий — поэтому проводилась спектрофотометрическая оценка коэффициента экстинкции контрольных и опытных проб против стерильного МПБ на КФК-2МП (Россия) (670 нм). 4. Бактерицидность оценивали в процентах по формуле: 100 · Ofm Бактерицидность — 100 %--, ^*670 где O670 — коэффициент экстинкции опытной пробы (опыт 1 или опыт 2), K670 — коэффициент экстинкции контрольной пробы. 5. После использования стекла и ТЮ2-пленки стерилизовали в стандартном режиме (180 °C, 60 мин) и использовали повторно согласно вышеизложенному протоколу. Результаты бактерицидной активности ТЮ2-пленок в отношении лиофилизированных штаммов S. aureus 956 и E. coli 321-5 показаны в табл. 5. Проводилось попарно сравнение биоцидного эффекта УФ и сочетанного эффекта УФ и ТЮ2-пленок для каждого штамма отдельно. Анализ представленных данных позволяет сделать три практически важных заключения. Во-первых, Таблица 4 Жизнеспособность S. epedermidis 1061 (КОЕ) на поверхности стекла (контроль) и стекла, обработанного бензолом (опыт) Штамм Время инкубации, мин 15 30 60 S. epedermidis 1061 Контроль 114,7 ± 13,3 97,8 ± 24,2 92,1 ± 14,2 Опыт 107,3 ± 22,7 (t=1,0; df=11; p=0,300) 106,0 ± 24,6 (t=-1,1; df=12; p=0,300) 96,7 ± 21,6 (t=-0,5; df=9; p=0,600) Время инкубации, ч Время инкубации, ч Кривые роста бактериальной культуры, построенные по сериям из пяти экспериментов для каждого штамма: (а) S. aureus 956, (б) E. coli 321-5. В обоих случаях выход кривой на стационарную фазу роста наблюдался через 72 часа от начала инкубации 24 Экология человека 2013.03 Эндоэкология Таблица 5 Бактерицидный эффект (%) ультрафиолета и TiO2-пленок в отношении лиофилизированных штаммов Штамм Биоцидный фактор Первичный эксперимент Повторный эксперимент на той же поверхности (стекло/ Ті02-пленка) после стерилизации S. aureus 956 УФ 79,8 ± 29,3 59,2 ± 38,5 УФ + Ті02 98,9 ± 1,5 (t= -1,56; df=5; p=0,200) 90,5 ± 20,0 (t= -1,8; df=5; p=0,130) E. coli 321-5 УФ 49,7 ± 44,9 26,8 ± 5,7 УФ + Ті02 77,0 ± 32,0 (t= -2,5; df=7; p = 0,040) 76,7 ± 21,2 (t= -4,9; df=5; p=0,040) повторное использование пленок не приводит к инактивации бактерицидной активности диоксида титана, в случае если условиями эксперимента исключен контакт ТЮ2 с жидкостью. Во-вторых, при использовании лиофилизированных бактерий бактерицидный эффект тонких пленок значительно выше, чем в случае воздействия на суспендированную в жидкости форму бактерий. Уже 15 мин экспозиции в потоке УФ на поверхности ТЮ2-пленок достаточно для практически полного подавления жизнеспособности S. aureus 956 и преодоления 50 % барьера бакте-рицидности в отношении E. coli 321-5. В-третьих, для E. coli 321-5 получены статистически значимые различия в биоцидности монофакторного воздействия (только УФ) и сочетанного воздействия двух факторов (УФ + Ті02). Можно предположить, что АФК, образующиеся на поверхности Ті02-пленок в результате фотоактивации поверхности, вносят больший вклад в бактерицидный эффект в отношении данного штамма, тогда как для S. aureus 956 и моновоздействие на лиофилизированную форму только УФ оказывается достаточно эффективным. Обсуждение результатов Кондиционирование экологических факторов существенным образом отражается на взаимодействии между абиотической бактерицидной системой (пленки диоксида титана) и биотической системой (бактерии). В частности, продемонстрировано существенное влияние времени экспозиции в потоке УФ на бактерицидный эффект Ті02-пленок. Эти данные соответствуют работе [13], показавшей существенное снижение жизнеспособности E. coli в результате 3-часового облучения УФ на поверхности пленок диоксида титана. Последующее увеличение времени уже не отражается существенным образом на количестве гибнущих бактерий. В этой работе анализируется влияние еще одного важного фактора - интенсивности светопотока и показано экспоненциальное снижение жизнеспособности кишечной палочки при увеличении интенсивности УФ. В наших экспериментах для суспендированных в физиологическом растворе S. epedermidis 1061 и E. coli 321-5, нанесенных на поверхность пленок диоксида титана, варьирование времени воздействия УФ от 15 до 30 мин не вызывало существенных изменений в жизнеспособности бактерий, тогда как увеличение времени экспозиции до 60 мин повышало бактерицидный эффект. Стадийность в реализации бактерицидности отмечается также в работе [17], где демонстрируется лишь незначительное подавление жизнеспособности до 30 мин экспозиции, а практически полное подавление жизнеспособности определяется лишь после 90 мин от начала эксперимента. Вместе с тем S. aureus 956 демонстрирует принципиально другую динамику: жизнеспособность штамма постоянно снижалась при увеличении времени инкубации. Вероятно, чувствительность к АФК, генерируемым на поверхности Ті02-пленок, в большей степени обусловлена не принадлежностью бактерий к грамположительным или грамотрицательным (поскольку грамположительный S. epedermidis 1061 и грамотрицательная E. coli 321-5 обнаруживают одинаковую динамику снижения жизнеспособности), а видовой или штаммовой принадлежностью микроорганизма. Для использования Ті02-пленок в области практического здравоохранения важнейшим вопросом является воспроизводимость бактерицидного эффекта при многократном применении. Однако, как было показано в нашей предыдущей работе [4], инкубация суспензии микроорганизмов на поверхности полупроводника в потоке УФ модифицирует свойства Ті02-пленок, вызывая их гидрофилизацию. Итогом такой модификации является исчезновение бактерицидной активности. Было проведено кондиционирование поверхностей физическим (отжиг) и химическим (бензол) воздействием с целью восстановления первоначальных свойств, в том числе бактерицидной активности. Оба апробированных метода обработки оказались действенными, что подтверждается полным восстановлением биоцидности Ті02-пленок (см. табл. 2 и 3). Эти методы воздействия на поверхности были выбраны нами, поскольку в условиях стационара физико-химическая обработка инструментария, оборудования, поверхностей, материалов и т. д. является стандартной процедурой при проведении дезинфекции и стерилизации. Термическая обработка может быть использована при нанесении ТЮ2-покрытий на хирургический инструментарий, химический метод - при обработке больших площадей, для которых термическая обработка неприменима (в случае нанесения Ті02-пленок на стены и рабочие поверхности операционных, палат интенсивной терапии и т. д.). При исследовании взаимодействия между двумя системами можно варьировать свойства не толь 25 Эндоэкология Экология человека 2013.03 ко абиотической, но и биотической составляющей. Для количественной оценки жизнеспособности лиофи-лизированных бактерий, подвергшихся бактерицидному воздействию УФ и АФК, генерируемых на поверхности ТЮ2-пленок, был разработан метод, позволяющий исключить влияние жидкости. В этом случае стандартный посев на плотный МПА с последующим подсчетом КОЕ неприменим, поскольку требует смыва с исследуемой поверхности (стекло или ТЮ2-пленка), а следовательно, гидрофилизует ее и делает повторные исследования невозможными. Метод, основанный на определении коэффициента экстинкции бактериальной суспензии в МПБ, потребовал введения относительных единиц измерения, поэтому в качестве контрольной точки выбрана жизнеспособность бактерий, выведенных из лиофильного состояния и не подвергшихся никакому внешнему воздействию. Коэффициент экстинкции МПБ такой пробы принимался за 100 %. Показания считывали в момент перехода культуры из экспоненциальной в стационарную фазу роста. По формуле 5 рассчитывали бактерицид-ность отдельно только УФ и УФ + ТЮ2-пленки. Затем проводили сравнение этих показателей. В случае исследования лиофилизированных бактерий бактерицидная активность ТЮ2-пленок выше, а наличие воспроизводимости при повторном исследовании (см. табл. 5) обусловлено отсутствием эффекта ги-дрофилизации. Вместе с тем нужно отметить, что из комплекса реакций, представленных во введении для объяснения механизмов формирования АФК, действенной остается только реакция 4. Реакции взаимодействия дырки с водой (реакции 2 и 3) исключены условиями проведения экспериментов. Тем не менее единственный супероксид-анион-радикал показывает высокую эффективность. Вероятнее всего, это объясняется, во-первых, большей интенсивностью УФ света, попадающего на поверхность пленок диоксида титана в отсутствии воды, во-вторых - непосредственным контактом между бактерией и ТЮ2-пленкой. Поскольку известно, что у супероксид-аниона время жизни короткое (порядка 100 нс), а радиус диффузии мал (около 0,3 мкм) [1], суспендирование бактерий в воде могло явиться критическим фактором для достижения АФК поверхности бактериальной клетки. Выводы Эффективность УФ-индуцированной бактерицидности ТЮ2-пленок обусловлена суммарной эффективностью двух ее элементов - УФ и поверхности ТЮ2-пленок. Поэтому кондиционирование каждой составляющей отражается на активности системы. В частности, увеличение времени инкубации в потоке УФ приводит к снижению жизнеспособности бактерий на поверхности пленок диоксида титана, хотя динамика бактерицидности у разных видов микроорганизмов выражена неодинаково. Не менее важными для реализации бактерицид-ности являются и свойства ТЮ2-пленок, в частности, гидрофилизация поверхности вызывает утрату бактерицидной активности, и в данном случае увеличение времени инкубации в потоке УФ практически не сказывается на реализации биоцидного эффекта. Однако восстановить УФ-индуцируемую бактерицидность ТЮ2-пленок можно, вернув им гидрофобные свойства. В данной работе продемонстрировано два эффективных метода обработки поверхностей - высокотемпературный отжиг (450 °С, 3 ч) и воздействие бензолом (1 мл, 24 ч). В конечном итоге важнейшим фактором, который обычно не учитывается в исследованиях УФ-индуцированной бактерицидности, является жидкость, в которой суспендированы бактерии. Как показывают эксперименты с лиофилизированными бактериями, отсутствие жидкости может существенно увеличить общую биоцидность системы.

About the authors

S N Pleskova

R. E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

Email: pleskova@mail.ru

I S Golubeva

R. E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University

Yu K Verevkin

Institute of Applied Physics of Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod

References

Supplementary files