Влияние оксидов металлов переменной валентности на физико-химические и антибактериальные свойства полуфриттованных глазурей

Приведены результаты исследований по получению полуфриттованных глазурных покрытий, обладающих антибактериальной активностью, посредством введения в их состав оксидов переменной валентности CеO2, WO3, Bi2O3, Fe2O3, MnO2 и MoO3. Основу сырьевых поликомпонентных композиций составляли алюмосиликатная многокальциевая стеклофритта, доломитовая мука, полевой шпат, глинозем, кварцевый песок, каолин мокрого обогащения и глина огнеупорная. Покрытия получены однократным обжигом на керамической основе керамогранита при температуре 1 200 ± 5 °C скоростным режимом в течение 60 ± 2 мин. Изучены процессы глазурообразования покрытий, установлено влияние составляющих глазурных шихт на декоративно-эстетические характеристики глазурей (цвет, фактура, блеск и белизна). Определены показатели физико-химических свойств покрытий в соответствии с нормативной технической документацией на изделия: температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), термостойкость, химическая устойчивость, микротвердость, морозостойкость, износостойкость и др. Исследована антибактериальная активность покрытий по отношению к тест-штаммам Escherichia coli ATCC 8739 и Staphylococcus aureus ATCC 6538. 

1. Bright, K. R. Occurrence of bacteria and viruses on elementary classroom surfaces and the potential role of classroom hygiene in the spread of infectious diseases / K. R. Bright, S. A. Boone, C. P. Gerba // J. Sch. Nurs. – 2010. – Vol. 26, № 1. – P. 33–41. https://doi.org/ 10.1177/1059840509354383

2. Occurrence of bacteria and biochemical markers on public surfaces / K. A. Reynolds [et al.] // Int. J. Environ Health Res. – 2005. – Vol. 15, № 3. – P. 225–234. https://doi.org/ 10.1080/09603120500115298

3. Boone, S. A. Significance of fomites in the spread of respiratory and enteric viral disease / S. A. Boone, C. P. Gerba // Appl. Environ Microbiol. – 2007. – Vol. 73, № 6. – P. 1687–1696. https://doi.org/10.1128/АЕМ.02051-06

4. Букина, Ю. А. Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра / Ю. А. Букина, Е. А. Сергеева // Вестн. Казан. технол. ун-та. – 2012. – Т. 14, № 5. – С. 170–172.

5. Taylor, P. L. Impact of heat on nanocrystalline silver dressings. Part I: Chemical and biological properties / P. L. Taylor, A. L. Ussher, R. E. Burrell // Biomaterials. – 2005. – Vol. 35, № 26. – P. 7221–7229. https://doi.org/10.1016/j.bimaterials.2005.05.040

6. Silver nanoparticles and polymeric medical devices: a new approach to prevention of infection / F. Furno [et al.] // J. Antimicrob Chemother. – 2004. – Vol. 54, № 6. – P. 1019–1024. https://doi.org/10.1093/jac/dkh478

7. Веселовский, А. В. Исследование механизма взаимодействия ионов меди с бактериями Escherichia coli: автореф. дис. ... канд. биол. наук : 03.00.02 / А. В. Веселовский ; Ин-т хим. физики РАН им. Н. Н. Семенова. – М., 2019. – 19 с.

8. Левина, Э. Н. Общая токсичность металлов / Э. Н. Левина. – Л. : Медицина, 1972. – 184 с.

9. Попова, Л. Ф. Медь / Л. Ф. Попова. – М. : Просвещение, 1989. – 182 с.

10. Grass, G. Copper as an Antimicrobial surface / G. Grass, C. Rensing, M. Solioz // Appl. Environ. Microbiol. – 2011. – Vol. 77, № 5. – P. 1541–1547. https://doi.org/10.1128/AEM.02766-10

11. Contact killing of bacteria on copper is suppressed if bacterial-metal contact is prevented and is induced on iron by copper ions / S. Mathews [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. – 2013. – Vol. 79, № 8. – Р. 2605–2611. https://doi.org/10.1128/AEM.03608-12

12. Левицкий, И. А. Металлизированные глазурные покрытия для керамогранита, обладающие биоцидными свойствами / И. А. Левицкий, А. Н. Шиманская // Тр. БГТУ. Сер. 2. Химические технологии, биотехнология, геоэкология. – 2018. – № 2. – С. 132–139.

13. Матовая глазурь: пат. 23280 Республика Беларусь / И. А. Левицкий, С. В. Лозко. – Опубл.: 16.11.2019.

14. Kong, H. One-step fabrication of magnetic γ-Fe2O3 / Polyrhodanine nanoparticles using in situ chemical oxidation polymerization and their antibacterial properties / H. Kong, J. Song, J. Jang // Chem. Commun. – 2010. – Vol. 46. – Р. 6735–6737. https://doi.org/10.1039/C0CC00736F

15. Carboxymethyl chitosan-functionalized magnetic nanoparticles for disruption of biofilms of Staphylococcus aureus and Escherichia coli / T. Chen [et al.] // Ind. Eng. Chem. Res. – 2012. – Vol. 51, № 40. – P. 13164–13172. https://doi.org/10.1021/ie301522w

16. Bactericidal effect of iron oxide nanoparticles on Staphylococcus aureus / N. Tran [et al.] // Int. J. Nanomed. – 2010. – Vol. 5. – P. 277–283. https://doi.org/10.2147/ijn.s9220

17. Savvova, O. V. Antibacterial composite glass coatings for protecting special-purpose steel panels / O. V. Savvova, L. L. Bragina // Glass and ceramics. – 2010. – Vol. 67, № 3. – P. 123–125. https://doi.org/10.1007/s10717-010-9242-3

18. Силикатные и электролитические полимер-оксидные покрытия медицинского назначения / Е. А. Яценко [и др.] // Изв. вузов. Северо-Кавказ. регион. Техн. науки. – 2021. – № 2. – С. 92–101. https://doi.org/10.17213/0321-2653-2021-2-92-101

19. Photocatalytic disinfection using titanium dioxide: spectrum and mechanism of antimicrobial activity / H. A. Foster [et al.] // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2007. – Vol. 90, iss. 6. – Р. 1847–1868. https://doi.org/10.1007/s00253-011-3213-7

20. Донцова, Т. А. Характеризация и фотоактивность оксида титана (IV), полученного из различных прекурсоров / Т. А. Донцова, И. Н. Иваненко, И. М. Астрелин // Хiмiя, фiзика та технологiя поверхнi. – 2015. – Т. 6, № 1. – С. 85–96.

21. Antimicrobial activity of transition metal acid MoO3 perevents microbial growth on material surfaces / C. Zolljrank [et al.] // Mater. Sci. Eng., C. – 2021 – Vol. 32, N 1. – P. 47–54. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.09.010

22. Robust antibacterial activity of tungsten oxide (WO3-x) nanodots / G. Duan [et al.] // Chem. Res. Toxicol. – 2019. – Vol. 32, № 7. – P. 1357–1366. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.8b00399

23. Kumar, A. Synthesis, characterization, effect of temperature on band gap energy of molybdenum oxide nano rods and their antibacterial activity / A. Kumar, G. Pandey // Am. J. Appl. Ind. Chem. – 2017. – Vol. 3, № 3. – P. 38–42. https://doi.org/10.11648/j.ajn.20170304.12

24. Enhanced photocatalytic activity of V2O5 nanorods for the photodegradation of organic dyes: a detailed understanding of the mechanism and their antibacterial activity / S. K. Jayaraj [et al.] // Mater. Sci. Semicond. Process. – 2018. – Vol. 85. – P. 122–133. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.06.006

25. Термический анализ минералов и горных пород / В. П. Иванова [и др.]. – Л.: Недра, 1974. – 399 с.

26. Терельман, Ф. М. Молибден и вольфрам / Ф. М. Терельман, А. Я. Зворыкин. – М. : Наука, 1968. – 140 с.

27. Гельд, П. В. Процессы высокотемпературного восстановления / П. В. Гельд, О. А. Есин. – Свердловск: Гос. науч.-техн. изд. лит. по черной и цветной металлургии, 1957. – 329 с.