Биоцидные свойства сверхгидрофобного покрытия на основе ксерогеля из углеродных нанотрубок

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящее время перспективным направлением считается создание многофункционального покрытия на основе углеродных наноматериалов, в частности обладающего защитными биоцидными свойствами. Особый интерес представляет защита поверхностей материалов от разрушения микромицетами-деструкторами. В исследовании приведены данные о взаимодействии наноматериалов марки «Таунит-М» (многостенные углеродные нанотрубки), луковичных углеродных наноструктур и «Tuball» (одностенные углеродные нанотрубки) с микромицетами-деструкторами. Изучено влияние данных материалов, использованных в составе покрытия, на процессы обрастания поверхности микромицетами-деструкторами. Исследован рост штамма Penicillium chrysogenum (Cs/21) и штамма Aspergillus niger (Ch4/07) на чистых углеродных нанотрубках, нанотрубках функционализированных -ОН, -СООН и -СОNН2 группами, а также углеродных нанотрубках, декорированных луковичными углеродными наноструктурами, детонационными наноалмазами, нанокристаллами диоксида титана. Образцы были выполнены в виде сверхгидрофобного покрытия из ксерогеля на основе наночастиц. Наибольшую стойкость проявили покрытия из функционализированных многостенных углеродных нанотрубок марки «Таунит-M» с -ОН, -СООН и -CONH2 группами, а также декорированных диоксидом титана и детонационными наноалмазами. Развитие микромицетов на их поверхности отсутствовало во всех вариантах испытаний. В этих покрытиях отсутствуют источники питания для микромицетов, а присутствуют компоненты, обладающие биоцидными свойствами. Таким образом, они могут считаться биостойкими. Исследованные углеродные наноматериалы предлагается использовать для организации защитных сверхгидрофобных покрытий, так как они выпускаются в промышленных объемах, и легко доступны для проведения сравнительных исследований.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. Н. Капустин

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: hare22@yandex.ru
Russian Federation, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

Ю. В. Цыкарева

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: hare22@yandex.ru
Russian Federation, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

В. И. Вощиков

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова НИЦ “Курчатовский институт”

Email: voshikoff@yandex.ru
Russian Federation, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Д. Ю. Власов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: hare22@yandex.ru
Russian Federation, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9

М. С. Зеленская

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: hare22@yandex.ru
Russian Federation, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9

References

  1. Eseev M.K., Goshev A.A., Kapustin S.N., Tsykareva Y.V. Creation of Superhydrophobic Coatings Based on MWCNTs Xerogel // Nanomaterials/ 2019. V. 9. № 1584.
  2. Kapustin S.N., Eseev M.K., Tsykareva Y.V, Voshchikov V.I., Lugvishchuk D.S. Superhydrophobic Coating Based on Decorated Carbon Nanoparticles // Glass Phys. Chem. 2023. V. 49. P. 526–534.
  3. Moskvitina E., Kuznetsov V., Moseenkov S.I., Serkova A., Zavorin A. Antibacterial Effect of Carbon Nanomaterials: Nanotubes, Carbon Nanofibers, Nanodiamonds, and Onion-like Carbon // Materials. 2023. V. 16. № 957.
  4. Marchesano V., Ambrosone A., Bartelmess J., Strisciante F., Tino A., Echegoyen L., Tortiglione C., Giordani S. Impact of Carbon Nano-Onions on Hydra vulgaris as a Model Organism for Nanoecotoxicology // Nanomaterials. 2015. V. 5. P. 1331–1350.
  5. Banihashemi K., Amirmozafari N., Mehregan I., Bakhtiari R., Sobouti B. Antibacterial effect of carbon nanotube containing chemical compounds on drug-resistant isolates of Acinetobacter baumannii // Iran. J. Microbiol. 2021. V. 13. Iss. 1. P. 112–120.
  6. David M.E., Ion R.-M., Grigorescu R.M., Iancu L., Holban A.M., Nicoara A.I., Alexandrescu E., Somoghi R., Ganciarov M., Vasilievici G. et al. Hybrid Materials Based on Multi-Walled Carbon Nanotubes and Nanoparticles with Antimicrobial Properties // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 1415.
  7. Wang X., Zhou Z., Chen F. Surface Modification of Carbon Nanotubes with an Enhanced Antifungal Activity for the Control of Plant Fungal Pathogen // Materials. 2017. V. 10. № 1375.
  8. Mordkovich V.Z., Lugvishchuk D.S., Mitberg E.B., Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Kirichenko A.N. Formation of concentric shell carbon by homogeneous partial oxidation of methane // Chem. Phys. Lett. 2018. V. 713. P. 242–246.
  9. УНТ серии «Таунит» / ООО “НаноТехЦентр”; режим доступа: http://www.nanotc.ru/producrions/87-cnm-taunit, свободный; дата обращения 2023-11-19.
  10. TUBALL / OCSiAl; режим доступа: https://tuball.com/additives/tuball, свободный; дата обращения 2023-11-19.
  11. Chen J., Chen Q., Ma Q., Li Y., Zhu Zh. Chemical treatment of CNTs in acidic KMnO4 solution and promoting effects on the corresponding Pd–Pt/CNTs catalyst // J. Mol. Catal. A Chem. 2012. V. 356. P. 114–120.
  12. Weydemeyer E.J., Sawdon A.J., Peng Ch.-A. Controlled cutting and hydroxyl functionalization of carbon nanotubes through autoclaving and sonication in hydrogen peroxide https://doi.org/10.1039/C5CC01115A // Chem. Commun. 2015. V. 51. Iss. 27. P. 5939–5942.
  13. Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок. М.: Издательский дом «Спектр», 2013. 152 с.
  14. Shilova O.A., Glebova I.B., Voshchikov V.I., Ugolkov V.L., Dolmatov V.Yu., Komarova K.A., Ivanova A.G. Environmentally friendly antifouling transparent coatings based on sol-gel ‘epoxy/titanium tetrabutoxide’ composition modified with detonation nanodiamond // Journal of Advanced Materials and Technologies. 2022. V. 7. Iss. 3. P. 201–218.
  15. ГОСТ 9.048-89. Единая система защиты от коррозии и старения. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. М.: Издательство стандартов, 1989. 22 с.
  16. Баринова К.В., Власов Д.Ю., Шипарев С.М. Органические кислоты микромицетов-биодеструкторов. Экологическое значение, метаболизм, зависимость от факторов среды. Lambert Academic Publishing, 2010. 80 c.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. a - Start of tests on 14.07.23; b - coatings in wet chambers after inoculation after 60 min.

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Photofixation of tests of coating on the basis of carbon nanobulbs (CNB) on biostability with a strain of biodegrador Aspergillus niger in the test system with the addition of Chapek's medium on 10.08.23: a - panoramic photos, b - using a stereomicroscope Leica. The fungus development score is 5.

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Photofixation of tests of coating on the basis of CNT of ‘Tuball’ brand on biostability with two strains of biodegraders in the test system with the addition of Chapek's medium on 10.08.23: a and b - panoramic photos, c and d - using a stereomicroscope Leica. The development score for Aspergillus niger is 5, for Penicillium chrysogenum - 0.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Photofixation of biostability tests of CNT-SONH2-based coating with two strains of biodegraders in the test system with addition of Czapek's medium on 10.08.23: a and b - panoramic photos, c and d - using a Leica stereomicroscope. Developmental score for Aspergillus niger and Penicillium chrysogenum is 0.

Download (926KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Photofixation of biostability tests of coating based on carbon nanobulbs decorated with detonation nanodiamonds with two strains of biodegraders in the test system with the addition of Chapek's medium on 10.08.23: a and b - panoramic photos, c and d - using a Leica stereomicroscope. Developmental score for Aspergillus niger and Penicillium chrysogenum is 0.

Download (1MB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Photofixation of growth of test-cultures of micromycetes on liquid and agarised nutrient medium of Chapek-Dox (without carbon-containing material): a and b - growth on liquid nutrient medium, c and d - growth on dense (agarised) nutrient medium.

Download (827KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences