Antybakteryjne włókna celulozowe przeznaczone do celów medycznych – synteza nanocząstek srebra z wykorzystaniem N-tlenku N-metylomorfoliny (NMMO) jako czynnika redukującego

Abstract

W ramach pracy doktorskiej otrzymano antybakteryjne włókna celulozowe modyfikowane nanocząstkami srebra, generowanymi w układzie NMMO. Głównym celem pracy było określenie wpływu podstawowych warunków wytwarzania nanocząstek srebra na ich wielkość, kształt, rozmieszczenie w matrycy polimerowej, a także na barwę otrzymywanych włókien. Charakterystyki otrzymanych w różnych warunkach nanocząstek srebra dokonano na podstawie analizy składu chemicznego w mikroobszarach włókien metodą mikroanalizy rentgenowskiej EDS (ang. Energy Dispersive Spectometry) oraz analizy widm UV-VIS. Podstawowe parametrynanocząstek określono metodami Dynamicznego Rozpraszania Światła (DLS) oraz Transmisyjnej Mikroskopii Elektronowej (TEM). W pracy zbadano również parametry mechaniczne i właściwości higroskopijne włókien modyfikowanych nanocząstkami srebra oraz oznaczono średni stopień polimeryzacji celulozy w otrzymywanych włóknach. Ponadto, przeprowadzano analizę struktury krystalicznej włókien metodą dyfraktometrii rentgenowskiej oraz wykonano analizę barwy włókien. Oceniono również odporność zastosowanej modyfikacji nanocząstkami srebra włókien na warunki przechowywania oraz na procesy prania włókien. W niniejszej pracy wykazano, że wielkość i kształt otrzymywanych nanocząstek srebra, a w efekcie uzyskiwane efekty barwne włókien są skorelowane z warunkami prowadzenia procesu ich syntezy oraz z właściwościami antybakteryjnymi modyfikowanych włókien. Na podstawie wykonanych badań stwierdzono, że najkorzystniejsze warunki otrzymywania we włóknach możliwie małych nanocząstek bez ryzyka tworzenia przez nie aglomeratów, bądź agregatów osiągnięto, gdy syntezę nanocząstek w NMMO prowadzono w czasie 12 godzin w temperaturach 50 i 70°C oraz w czasie 20 minut w temperaturze 100°C. Z uwagi na potencjalne medyczne zastosowanie modyfikowanych włókien wykonano badania aktywności antybakteryjnej włókien oraz badania cytotoksyczności wyciągów z włókien wobec linii komórkowych ludzkich (HeLa) i mysich (L929). Na podstawie przeprowadzonych badań cytotoksyczności stwierdzono, że wytworzone z udziałem modyfikowanych włókien celulozowych materiały medyczne powinny być stosowane nie dłużej niż 24 godziny. Włókna modyfikowane nanocząstkami syntezowanymi w tych warunkach charakteryzowały się bardzo dobrymi wskaźnikami bakteriostatyczności i bakteriobójczości zarówno wobec bakterii gram ujemnych, jak i gram dodatnich. W pracy wykazano, że istnieje możliwość takiego sterowania procesem syntezy nanocząstek, który pozwoli na otrzymanie wysokiej jakości antybakteryjnych włókien celulozowych przeznaczonych do zastosowań medycznych.Antibacterial cellulose fibers modified with silver nanoparticles were obtained. Silver nanoparticles were enclosed into cellulose fibers using N-methylomorpholine-N-oxide (NMMO) as a direct cellulose solvent as well as the main reducing system of nanoparticles. Silver nanoparticles were generated directly in NMMO as a product of AgNO3 reduction of silver ions. The basic purpose of the research was to examine of the influence of reaction conditions of silver nanoparticles on their size, shape and distribution in the polymer matrix of fibers and consequently on the colour of obtained fibers, as well as on their bioactive activity. The characteristics of the obtained silver nanoparticles were studied using energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering technique (DLS). Taking into account the potential medical applications of the obtained fibers, their antibacterial activity and cytotoxicity of silver nanoparticles enclosed in fibers were examined in the human (HeLa) and mouse cells (L929).