Влияние лазерной обработки на адгезивные свойства плёнок из полигидроксиалканоатов при взаимодействии с бактериями на примере Escherichia coliи Micrococcus luteus
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Обзор литературы 6
1.1 Экологическая проблема использования синтетических пластиков 6
1.1.1 Использование пластика в качестве упаковочных материалов 6
1.1.2 Аналоги синтетических пластмасс 7
1.2 Биоразлагаемая полимерная упаковка 10
1.3 Характеристика полигидроксиалканоатов как альтернативного
упаковочного материала 11
1.4 Химическая структура полигидроксиалканоатов 12
1.5 Микробиологический синтез полигидроксиалканоатов 15
2. Материалы и методы 18
2.1 Объекты исследования 18
2.2. План эксперимента 20
2.3. Статистическая обработка данных 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 32
Мировой сектор производства пластмасс быстро развивался, начиная с 1950-х годов, и в настоящее время мировое производство составляет около 450 миллионов тонн в год. В последние годы увеличилось использование пластмасс в ряде отраслей промышленности, медицины, сельского хозяйства, в том числе - в производстве упаковки, бытовых товаров, медицинских изделий, косметических средств и пр. Несмотря на высокое качество и удобство использования, во всем мире уделяется большое внимание негативному воздействию загрязнения окружающей среды пластиком. По оценкам, в мире образуется более 340 миллионов тонн пластиковых отходов, из которых на долю упаковочной промышленности приходится около 46%. Большая часть этих отходов образуется из продукции с коротким сроком службы, в основном менее шести месяцев, по сравнению с отходами строительной отрасли, где средний срок службы составляет 35 лет [2, 4].
В настоящее время остро стоит проблема загрязнения пластиком окружающей среды, во многих регионах загрязнение достигло критического предела. Необходим переход с неразлагаемых нефтехимических пластмасс на более дешевые разлагаемые полимеры. Полигидроксиалканоаты (ПГА), синтезируемые микроорганизмами и подверженные биодеградации, могут стать отличной заменой синтетическим пластмассам [10, 26]. Свойства ПГА зависят от химического состава, однако эти полиэфиры показывают хорошие барьерные свойства и механическую прочность, пригодные для производства высококачественных биоразлагаемых упаковочных материалов. Ожидается, что ПГА найдет широкое применение не только в области пищевой упаковки, но и при создании биомедицинских продуктов и препаратов для сельского хозяйства [37, 47, 52].
При разработке упаковочных материалов важными параметрами, характеризующими биосовместимость образцов при контакте с микроорганизмами, являются свойства поверхности. В целом, модификация поверхности пленок или компонентов, производимых в качестве упаковочных материалов для пищевых продуктов, необходима для улучшения их поверхностных свойств с точки зрения предотвращения роста бактерий [27]. Шероховатость поверхности на уровне нанометров может определять адгезию [48]. Поэтому для модификации поверхностных свойств изделий из ПГА используются различные методы, включая лазерную обработку.
Цель работы заключалась в сравнении адгезивных свойств плёнок из полигидроксиалканоатов разного химического состава после лазерной обработки.
В ходе работы были поставлены следующие задачи:
1. Сравнить способность к адгезии клеток микроорганизмов Escherichia coliи Micrococcus luteusна поверхности плёнок гомополимера 3- гидроксибутирата (П3ГБ), синтезированного на глицерине или глюкозе в качестве основного С-субстрата, а также плёнок сополимера 3- гидроксибутирата и 3-гидроксивалерата (П3ГБ/3ГВ) с содержанием 3ГВ 10 мол.% и 82 мол.%;
2. Оценить влияние различных вариантов лазерной обработки плёнок из полигидроксиалканоатов на способность к адгезии клеток микроорганизмов Escherichia coliи Micrococcus luteus;
3. Сравнить взаимодействие клеток грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов с образцами плёнок.
В ходе данной работы было установлено:
1. Увеличение содержания мономера 3-гидроксивалерата в составе сополимера П3ГБ/3ГВ не повлияло на адгезию клеток Micrococcus luteusна плёнках, но снизило количество адгезированных клеток Escherichia coliв 1,3 раза. С-субстрат не повлиял на адгезивные свойства плёнок из гомополимера П3ГБ, результаты контакта обоих видов микроорганизмов достоверно не различались.
2. Лазерная обработка оказала влияние на адгезивные свойства плёнок из полигидроксиалканоатов. Количество бактерий M. luteus,адгезированных на поверхности плёнок, обработанных лазером, уменьшалось по сравнению контрольными необработанными плёнками.
3. При контакте с бактериями E. coliв большинстве случаев адгезия клеток на обработанной поверхности не отличалась от значений в контроле, однако лазерная обработка на расстоянии между полосами 0,2 мм значительно снижала количество микроорганизмов.
4. Вид микроорганизма повлиял на результаты: адгезивные способности у грамотрицательных бактерий были выше, чем у грамположительных. Количество клеток E. coliна поверхности плёнок разного типа полимеров на два порядка превышало количество M. luteus.
