polimernye-biotsidy

http://innosfera.by

| №11 (201) | Ноябрь 2019 | НАУКА И ИННОВАЦИИ  23

Среди антимикробных поли­

полигексаметиленгуанидин ги­

клеткой включает следующие

мерных материалов наиболее вос­

дрохлорид (ПГМГ-ГХ):

этапы. Вначале происходит элек­

требованы полипептидные анти­

тростатическое взаимодействие

биотики и полимерные произ­

отрицательно заряженных групп

водные таких аминокислот, как

на клеточной мембране с молеку­

лизин, орнитин, аргинин, являю­

,

лой полимера. Макромолекула ко­

щихся потенциальными антими­

оперативно связывается с боль­

где n = 30–90.

кробными агентами. Как правило,

шим числом фосфолипидов мем­

большинство препаратов пред­

Впервые ПГМГ-ГХ был синте­

браны, вызывая нейтрализацию

ставляют собой макромолекулу,

зирован в 1943 г. американскими

отрицательного заряда. Образую­

несущую положительный заряд,

химиками Болтоном и Коффма­

щийся комплекс стабилизируется

обусловленный наличием атомов

ном [4]. В конце 1960-х гг. его син­

сильным гидрофобным взаимо­

азота. Эффективность биоцидно­

тезировали и в Институте нефте­

действием алкильных цепей жир­

го воздействия определяется ве­

химического синтеза АН СССР

ных кислот фосфолипидов, что

личиной положительного заря­

путем поликонденсации гексаме­

ведет к изменению электростати­

да полимера, обеспечивающего

тилендиамина (ГМДА) с гуани­

ческого и гидрофобного взаимо­

взаимодействие с живой клет­

дингидрохлоридом (ГГХ) [5]. Этот

действия, ослаблению липид-ли­

кой. Сопоставление активности

достаточно простой эксперимент

пидного взаимодействия. Еще од­

различных катионных полиме­

послужил толчком к возобновле­

но следствие сорбции – нарушение​

ров показывает, что увеличение

нию исследований в области син­

барьерных и транспортных функ­

плотности заряда макромолеку­

теза полигуанидинов.

ций клеточной мембраны. Даль­

лы, в частности введение в ос­

Структуру и молекулярную

нейшее проникновение гидрофоб­

новное звено нескольких азотсо­

массу ПГМГ-ГХ можно контро­

ного фрагмента в неполярную ее

держащих групп или бензильно­

лировать, изменяя мольное со­

часть приводит к ее расширению

го радикала, приводит к получе­

отношение ГМДА:ГГХ, темпе­

и нарушению вандерваальсов­

нию высокоактивных биоцидных

ратуру и время реакции. При

ского взаимодействия между ли­

препаратов [2]. Примером таких

ГМДА:ГГХ = 1:1, образуется ли­

пидными молекулами. В резуль­

продуктов могут служить поли­

нейный полимер, растворимый

тате меняются сначала проницае­

винилпроизводные широко из­

в воде и спирте. Минимальная

мость, а затем и целостность мем­

вестных антисептиков – ​ацетил­

ингибирующая концентрация

браны, которая фрагментируется

пиридиний хлорида и бензал­

(МИК) такого продукта отно­

и разрушается [7].

кония хлорида. Их активность

сительно синегнойной палоч­

Антибактериальная активность

против золотистого стафилокок­

ки (P. aeruginosa) – 156мкг/мл,

полимерных химических соедине­

ка и дрожжей в 3–15 раз превы­

среднесмертельная доза [LD50] –

ний определяется сочетанием двух

шает этот показатель у мономе­

300 мг/кг. При небольшом моль­

факторов: наличием в молекуле

ров, что свидетельствует о боль­

ном избытке ГМДА в реакцион­

физиологически активных функ­

шей перспективности полимер­

ной смеси (ГМДА:ГГХ = 1:0,85–

циональных группировок и ее ги­

ных биоцидов против наиболее

0,95) появляется растворимый

дрофильно-гидрофобным балан­

опасных возбудителей по срав­

в воде и спирте полимер развет­

сом, одним из способов регулиро­

нению с низкомолекулярными

вленной структуры со среднемас­

вания которого для полигуаниди­

аналогами.

совой молекулярной массой (Мw)

на является поликонденсация ГГХ

Перспективными биоцидными

2000–30 000 (n = 11–70); МИК для

с различными α, ϖ-алкилендиами­

препаратами являются полигуа­

P. aeruginosa – ​78 мкг/мл, LD50–

нами и их смесями [8]. Для усиле­

нидины – синтетические​ высоко­

1000 мг/кг [6]. При большем моль­

ния гидрофобных свойств макро­

молекулярные производные азо­

ном избытке ГМДА в реакцион­

молекулы ПГМГ-ГХ при поликон­

тистого основания – гуанидина​ [3].

ной смеси (ГМДА:ГГХ = 1,2–1,5:1)

денсации в реакционную смесь

Основным представителем

образуется нерастворимый трех­

добавляют высший моноамин, на­

данного класса и исходным со­

мерный полимер.

пример октадециламин или бензи­

единением для синтеза мно­

Механизм взаимодействия ан­

ламин [9]. Модифицированный та­

гих его производных является

тимикробных полимеров с живой

ким образом полимер полностью

24 НАУКА И ИННОВАЦИИ  | №11 (201) | Ноябрь 2019 |

http://innosfera.by

инактивирует микобактерии ту­

БИОЗАЩИТА ФИЛЬТРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

беркулеза после 10–15-минутно­

КЕРАМИЧЕСКИХ МЕМБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

го воздействия на них 0,5%-го

«Гибридный» (органоминеральный) биоцид

водного раствора. Однако ак­

на основе полигексаметиленгуанидина

тивность октадецил-ПГМГ-ГХ

и бензил-ПГМГ-ГХ в отношении

прочих бактерий, не имеющих

гидрофобной оболочки, несколь­

ко понижена.

Поликонденсацией солей гуа­

Неорганическая часть

нидина и ГМДА можно синтези­

(соли полифосфорных кислот,

Органическая часть

алюмофосфаты), где М2+

ровать только гидрохлорид и кар­

(производные

биоактивные ионы металлов

бонат ПГМГ. Другие соли обычно

полигексаметиленгуанидина)

Cu2+, Zn2+, Ni2+

получают их обменным разложе­

нием и нейтрализацией основания

ПГМГ соответствующей кислотой

[10–12]. Таким образом, замещая

ионы хлора на анионы различных

физиологически активных кис­

МЕМБРАННЫЙ ЭЛЕМЕНТ С БИОЦИДНЫМ ПОКРЫТИЕМ

лот, можно влиять на токсичность

и биоцидные свойства ПГМГ.

Рис. 1. Органо-минеральные биоциды

Для образования структури­

для защиты фильтрующих поверхностей керамических мембран

рованного полимера к ПГМГ-ГХ

при температуре 40–60 °С вво­

деформационно-прочностными

минерального, так и органическо­

дят эпихлоргидрин (ЭХГ), а затем

характеристиками используют

го происхождения и могут быть

щелочь, после добавляют немоди­

способность основания ПГМГ

использованы в качестве инги­

фицированный ПГМГ-ГХ и полу­

вступать в необратимые интер­

бирующих добавок для защиты

чают полимер пространственной

полимерные реакции с эласто­

различных материалов от биопо­

структуры, образованный цепями

мерами, содержащими в повто­

вреждений [15].

ПГМГ-ГХ, поперечно сшитыми

ряющихся звеньях макромолеку­

По этому принципу в Инсти­

изопропильными мостиками. Для

лы, подвижные атомы хлора или

туте химии новых материалов

защиты биоматериалов и микро­

эпоксигруппы [14].

НАН Беларуси (ИХНМ) совмест­

капсул от воздействия микроор­

Принципы организации интер­

но с доктором химических на­

ганизмов на их поверхностях соз­

полимеров могут быть примене­

ук А. И. Иванцом из Института

дают мультислои на основе струк­

ны для химического конструиро­

общей и неорганической химии

турированного ПГМГ,

вания биоцидных систем широко­

на основе ПГМГ-ГХ созданы ги­

Обратимые интерполимер­

го спектра действия, содержащих

бридные биоциды для защиты

ные реакции солей ПГМГ (хло­

активные агенты минеральной

фильтрующих поверхностей кера­

рид, карбонат) с полиакриловой

и органической природы. Исполь­

мических мембранных элементов,

кислотой или ее солями проте­

зование в качестве матрицы для

применяемых при водоподготов­

кают в разбавленном водном рас­

закрепления биоцидной компо­

ке и изготовленных из кремнезе­

творе и приводят к образованию

ненты (ПГМГ) полифосфорных

мов Беларуси, Саудовской Аравии,

растворимых или нерастворимых

и гетерополикислот, олигомер­

Вьетнама, Монголии, Туркмени­

полиэлектролитных комплексов

ных алюмофосфатов дает возмож­

стана, Индии [16] (рис. 1).

(ПЭК), используемых для закре­

ность получать «гибридные» био­

Производные ПГМГ могут вы­

пления пылящей поверхности,

цидные системы, пригодные для

ступать в качестве высокомолеку­

структурирования почвы, осаж­

длительной защиты материалов

лярных лигандов для извлечения

дения дисперсных пород и др. [13].

от биокоррозии.

ионов тяжелых металлов из сточ­

При получении водостойких

Такие биоциды обладают вы­

ных вод и организмов теплокров­

биоцидных покрытий с хорошими

соким сродством к матрицам как

ных животных [17, 18].

http://innosfera.by

| №11 (201) | Ноябрь 2019 | НАУКА И ИННОВАЦИИ  25

SEE

http://innosfera.by/2019/11/polymer_biocides

26 НАУКА И ИННОВАЦИИ  | №11 (201) | Ноябрь 2019 |

http://innosfera.by