Тест-модель и количественный критериальный показатель для оценки антимикробного потенциала наноматериалов, используемых для водоочистки и водоподготовки: Обоснование и метрологическая оценка

Файл статьи: 
УДК: 
628.19: [579.66: 620.3]
Авторы: 

Н.В. Дудчик, Е.В. Дроздова, С.И. Сычик

Организация: 

Научно-практический центр гигиены, Республика Беларусь, 220012, г. Минск, ул. Академическая, 8

Аннотация: 

Снижение рисков для здоровья населения при потреблении питьевой воды систем централизованного водоснабжения – актуальная медико-биологическая и техническая проблема. Решается она, в том числе, посредством разработки и применения новых материалов для водоочистки и водоподготовки. Ряд природных и сконструированных наноматериалов обладает антимикробными свойствами в отношении микроорганизмов различной таксономической принадлежности (бактерий, дрожжеподобных и плесневых грибов) и бактериальных биопленок. Однако ряд результатов оценки антимикробного потенциала наноматериалов носит противоречивый и часто лишь качествен-ный/полуколичественный характер вследствие отсутствия стандартного протокола испытаний и обоснованного критериального аппарата оценки. Целью настоящей работы было методологическое обоснование и разработка уни-фицированной и стандартизованной тест-модели, оптимизация параметров методики и обоснование системы кри-териев количественной оценки антимикробной активности наноматериалов, применяемых в условиях водоочистки и водоподготовки.

Объектом исследования были образцы наноматериалов на основе диоксида титана, используемые для техноло-гий водоочистки и водоподготовки. Обоснована тест-модель, предложен критериальный показатель RDDS, разрабо-тан стандартный протокол испытаний для количественной оценки антимикробного потенциала наноматериалов.

Проведена апробация разработанной технологии на образцах наноматериалов на основе диоксида титана. Рассчитаны и оценены метрологические параметры метода (стандартное отклонение повторяемости и предел повторяемости), которые соответствуют предъявляемым к методам требованиям при принятой доверительной вероятности р = 95 %, а также требованиям международной организации по стандартизации ИСО и принципами надлежащей лабораторной практики GLP. Подтверждена релевантность тест-модели, которая обеспечивает объективную количественную оценку антимикробного потенциала материалов, используемых для обеззараживания водных объектов, контаминированных микробиотой смешанной таксономической принадлежности, контроля и предотвращения распространения бактериальных инфекций с водным путем передачи.

Ключевые слова: 
наноматериалы, тест-модель, антимикробный потенциал, диоксид титана, количественный критериальный показатель RDDS, метрологическая оценка
Дудчик Н.В., Дроздова Е.В., Сычик С.И. Тест-модель и количественный критериальный показатель для оценки антимикробного потенциала наноматериалов, используемых для водоочистки и водоподготовки: обоснование и метрологическая оценка // Анализ риска здоровью. – 2018. – № 3. – С. 104–111. DOI: 10.21668/health.risk/2018.3.11
Список литературы: 
  1. Хмельницкий И.К., Ларин А.В., Лучинин В.В. Современное состояние нормативно-методического обеспечения безопасности нанотехнологий в Российской Федерации // Биотехносфера. – 2015. – Т. 41, № 5. – С. 95–103.
  2. Гмошинский И.В., Хотимченко С.А. Нанотехнологии в производстве пищевых продуктов: оценка рисков // Вопросы питания. – 2014. – Т. 83, № S3. – С. 174.
  3. Развитие системы оценки безопасности и контроля наноматериалов и нанотехнологий в Российской Федерации / Г.Г. Онищенко, В.А. Тутельян, И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко // Гигиена и санитария. – 2013. – № 1. – С. 4–11.
  4. Сравнительный анализ современных подходов к оценке рисков, создаваемых искусственными наночастицами и наноматериалами / А.А. Казак, Е.Г. Степанов, И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко // Вопросы питания. – 2012. – № 4. – С. 11–17.
  5. Комплексная медико-биологическая оценка безопасности наноматериалов: информационно-аналитическая и экспериментальная составляющие / В.А. Тутельян, С.А. Хотимченко, И.В. Гмошинский, А.А. Шумакова, Р.В. Распопов // Здоровье населения и среда обитания. – 2011. – № 5. – С. 15–18.
  6. Saad N.A., Jwad E.R. Investigation of addition titanium dioxide on general properties of polycarbonate // Open Access Library Journal. – 2018. – Vol. 5, № 1. – P. 1–11. DOI: 10.4236/oalib.1104229
  7. Akhavan O. Lasting antibacterial activities of Ag-TiO2/Ag/a-TiO2 nanocomposite thin film photocatalysts under solar light irradiation // J. Colloid Interface Sci. – 2009. – № 336. – P. 117–124. DOI: 10.1016/j.jcis.2009.03.018
  8. Nanostructured biomaterials with antimicrobial properties / Y.M. Sahin, M. Yetmez, F.N. Oktar, O. Gunduz, S. Agathopoulos, E. Andronescu, D. Ficai, M. Sonmez, A. Ficai // Curr. Med. Chem. – 2014. – Vol. 21, № 29. – P. 3391–3404.
  9. Antibacterial and photocatalytic activity of TiO2 and ZnO nanomaterials in phosphate buffer and saline solution / A.M. Ng, C.M. Chan, M.Y. Guo, Y.H. Leung, A.B. Djurisic, X. Hu, W.K. Chan, F.C. Leung, S.Y. Tong // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2013. – Vol. 97, № 12. – Р. 5565–5573. DOI: 10.1007/s00253-013-4889-4897
  10. Catechol-functional chitosan/silver nanoparticle composite as a highly effective antibacterial agent with species-specific mechanisms / X. Huang, X. Bao, Y. Liu, Z. Wang, Q. Hu // Sci. Rep. – 2017. – Vol. 12, № 7 (1). DOI: 10.1038/s41598-017-02008-4
  11. Silver nanoparticles: A new view on mechanistic aspects on antimicrobial activity / N. Duran, M. Duran, M.B. de Je-sus, A.B. Seabra, W.J. Favaro, G. Nakazato // Nanomedicine. – 2016. – Vol. 3, № 12. – Р. 789–99. DOI: 10.1016/j.nano.2015.11.016
  12. Букина Ю.А., Сергеева Е.А. Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – № 14. – С. 170–171.
  13. Silver nanoparticles as potential antibacterial agents / G. Franci, A. Falanga, S. Galdiero, L. Palomba, M. Rai, G. Morelli, M. Galdiero // Molecules. – 2015. –Vol. 20, № 5. – P. 8856–8874. DOI: 10.3390/molecules20058856
  14. Antimicrobial activities of commercial nanoparticles against an environmental soil microbe Pseudomonas putida KT2440 / P. Gajjar, B. Pettee, D.W. Britt, W. Huang, W.P. Johnson, A.J. Anderson // J. of biological Engineering. – 2009. – Vol. 3, № 9. – P. 420–428. DOI: 10.1186/1754-1611-3-9
  15. Raghunath A., Perumal E. Metal oxide nanoparticles as antimicrobial agents: a promise for the future // Int. J. Anti-microb. Agents. – 2017. – Vol. 49, № 2. – Р. 137–152. DOI: 10.1016/j.ijantimicag.2016.11.011
  16. Existence, release, and antibacterial actions of silver nanoparticles on Ag-PIII TiO-films with different nanotopographies / J. Li, Y. Qiao, H. Zhu, F. Meng, X. Liu // Intern. J. of Nanomedicine. – 2014. – Vol. 9, № 1. – P. 3389–3402. DOI: 10.2147/IJN.S63807
  17. Nanoparticles: alternatives against drug-resistant pathogenic microbes / G.R. Rudramurthy, M.K. Swamy, U.R. Sin-niah, A. Ghasemzadeh // Molecules. – 2016. – Vol. 21, № 7. – P. 836. DOI: 10.3390/molecules21070836
  18. Биологическое действие наночастиц металлов и их оксидов на бактериальные клетки / И.А. Мамонова, И.В. Ба-бушкина, И.А. Норкин, Е.В. Гладкова, М.Д. Матасов, Д.М. Пучиньян // Российские нанотехнологии. – 2015. – Т. 10, № 1–2. – С. 106–110.
  19. Development of Nanoparticles for Antimicrobial Drug Delivery / L. Zhang, D. Pornpattananangku, C.M. Hu, C.M. Huang // Current Medicinal Chemistry. – 2010. – № 17. – P. 585–594.
  20. Grumezescu A.M., Chifiriuc C.M. Prevention of microbial biofilms – the contribution of micro and nanostructured materials // Curr. Med. Chem. – 2014. – Vol. 21, № 29. – P. 3311–3317.
  21. Гладких П.Г. Эффект наночастиц серебра в отношении биопленок микроорганизмов (литературный обзор) // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. – 2015. – Т. 9, № 1. – С. 3–4.
  22. Evaluation of the antibacterial efficacy of silver nanoparticles against Enterococcus faecalis biofilm / D. Wu, W. Fan, A. Kishen, J.L. Gutmann, B. Fan // J. Endod. – 2014. – Vol. 40, № 2. – P. 285–290. DOI: 10.1016/j.joen.2013.08.022
  23. Antimicrobial nanomaterials for water disinfection and microbial control: Potential applications and implications / Q. Li, S. Mahendra, D.Y. Lyon, L. Brunet, M.V. Liga, D. Li, P.J. Alvarez // Water research. – 2008. – Vol. 42, № 18. – P. 4591–4602. DOI: 10.1016/j.watres.2008.08.015
  24. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review / M.N. Chong, B. Jin, C.W.K. Chow, C. Saint // Water Research. – 2010. – Vol. 44, № 10. – P. 2997–3027. DOI: 10.1016/j.watres.2010.02.039
  25. Очистка поверхностных вод с использованием инновационных фильтрующих загрузок комплексного действия / Е.И. Тихомирова, Н.В. Веденеева, О.В. Нечаева, Т.В. Анохина // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2016. – Т. 18, № 2 (3). – С. 812–816.
  26. Дроздова Е.В., Дудчик Н.В., Бурая В.В. Разработка методических подходов к оценке наноструктурированных материалов на основе диоксида титана для очистки воды от химических и биологических загрязнений // Роль и место гигиенической науки и практики в формировании здоровья нации: сборник тезисов межвузовской научно-практической конференции с международным участием. – М., 2014. – С. 76–78.
  27. Инновационные методы очистки поверхностных и сточных вод с использованием наноструктурированных сорбентов / Н.В. Веденеева, В.А. Заматырина, Е.И. Тихомирова, Т.В. Анохина, М.В. Истрашкина, С.В. Бобырев // Инновационная деятельность. – 2014. – Т. 2, № 1. – С. 26–32.
  28. Антимикробные продукты нанотехнологий и дезинфекция водных сред (обзор) / К.А. Кыдралиева, В.А. Терехова, А.А. Поромов, Л.С. Кулябко, П.В. Учанов, Е.В. Федосеева, R.A. James // Вода: химия и экология. – 2017. – № 10. – С. 45–55.
  29. Comparison of methods to detect the in vitro activity of silver nanoparticles (AgNP) against multidrug resistant bacteria / E.D. Cavassin, L.F. de Figueiredo, J.P. Otoch, M.M. Seckler, R.A. de Oliveira, F.F. Franco, V.S. Marangoni, V. Zucolotto, A.S. Levin, S.F. Costa // J. Nanobiotechnology. – 2015. – Vol. 13, № 64. – DOI: 10.1186/s12951-015-0120-6
  30. Фотокаталитическая инактивация популяций Escherichia coli и Staphylococcus aureus под воздействием структу-рированных наноматериалов на основе диоксида титана / Н.В. Дудчик, С.И. Сычик, Е.В. Дроздова, О.В. Купреева // Донозология и здоровый образ жизни. – 2015. – Т. 16, № 1. – C. 28–31.
  31. In Vitro antibacterial activity of nanomaterial for using in tobacco plants tissue culture / K. Safavi, F. Mortazaeinezahad, M. Esfahanizadeh, M.J. Asgari // World Academy of Science, Engineering and Technology (Conference Paper). – 2011. – № 55. – P. 372–373. DOI: 10.13140/2.1.1236.8007
  32. Биологическая активность ионов, нано- и микрочастиц Cu и Fe в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции / Д.Г. Дерябин, Е.С. Алешина, Т.Д. Дерябина, Л.В. Ефремова // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. – 2012. – Т. 4, № 1. – С. 28–33.
  33. Antimicrobial applications of water-dispersible magnetic nanoparticles in biomedicine / K.S. Huang, D.B. Shieh, C.S. Yeh, P.C. Wu, F.Y. Cheng// Curr. Med. Chem. – 2014. – Vol. 21, № 29. – P. 3312–3322.
  34. Rizzello L., Cingolani R., Pompa P.P. Nanotechnology tools for antibacterial materials // Nanomedicine (Lond). – 2013. – Vol. 8, № 5. – P. 807–821. DOI: 10.2217/nnm.13.63
  35. Wang L., Hu C., Shao L. The antimicrobial activity of nanoparticles: present situation and prospects for the future // Int. J. Nanomedicine. – 2017. – Vol. 14, № 12. – Р. 1227–1249. DOI: 10.2147/IJN.S121956
  36. Дудчик Н.В., Дроздова Е.В., Сычик С.И. Альтернативные биологические тест-модели в оценке риска воздействия факторов среды обитания. – Минск: Белорусский научно-исследовательский институт транспорта «Транстехника», 2015. – 194 с.
  37. Дудчик Н.В., Шевляков В.В. Прокариотические тест-модели для оценки биологического действия и гигиенической регламентации факторов окружающей среды // Современные методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования факторов окружающей среды, влияющих на здоровье человека: материалы международного форума научного совета Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды, посвященного 85-летию ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России 15–16 декабря 2016 г. / под ред. Ю.А. Рахманина. – М., 2016. – Т. 1. – С. 167–189.
  38. Мельникова Л.А., Дудчик Н.В., Коломиец Н.Д. Изучение эффективности различных методов дезобработки // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2003. – № 8. – С. 98–99.
Получена: 
27.08.2018
Принята: 
06.09.2018
Опубликована: 
30.09.2018

Вы здесь