Способ повышения количества и антибактериальной активности наночастиц серебра на шовном материале из шелка

Изобретение относится к области медицины, а именно к нанотехнологиям и производству антибактериальных материалов с заданными свойствами. Способ повышения количества и антибактериальной активности наночастиц серебра на шовном материале из шелка характеризуется тем, что в качестве исходных волокон используется шелк, который погружают в гель с наночастицами серебра, полученными путем кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления ионов серебра, после чего обработанные волокна извлекают и подвергают 10-кратной циклической заморозке, причем каждый ее цикл заключается в последовательном чередовании температуры от -30,0°С до -40,0°С в течение 20-30 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода времени. Практическим результатом является возможность получения шовного материала из шелка с высоким содержанием наночастиц серебра и повышенной антимикробной активностью с использованием биологически совместимых и неагрессивных материалов, что является перспективным для применения в ветеринарии и медицине, в том числе в сердечно-сосудистой хирургии, нейрохирургии и офтальмологии, где применение шелковых волокон, обработанных согласно разработанному способу, представляется особенно востребованным. 4 ил., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к нанотехнологиям, а именно к производству материалов с заданными свойствами и может быть использовано в медицинской и ветеринарной практике за счет высокой антибактериальной активности наночастиц серебра.

В настоящее время наблюдается повышение частоты возникновения гнойно-воспалительных осложнений в области хирургического вмешательства в разных областях медицины [Epidemiological Characteristics and Predisposing Factors for Surgical Site Infections Caused by Bacterial Pathogens Exhibiting Multidrug-Resistant Patterns. Mohamed AH, Mohamud HA, Arslan E. Antibiotics (Basel). 2021 May 24;10(6):622. doi: 10.3390/antibiotics10060622. PMID: 34073667]. Это связано с формированием штаммов возбудителей раневой инфекции, обладающих устойчивостью к используемым антибактериальным препаратам. Возникновение гнойно-септических осложнений, не только требует использования все более современных и дорогостоящих лекарственных препаратов [Economic burden of surgical management of surgical site infections following hip and knee replacements in Calgary, Alberta, Canada. Mponponsuo K, Leal J, Puloski S, Chew D, Chavda S, Au F, Rennert-May E. Infect Control Hosp Epidemiol. 2021 Jun 3:1-8. doi: 10.1017/ice.2021.217. Online ahead of print. PMID: 34080534], а также более трудоемких методов лечения, но и представляет опасность для жизни пациента, в связи с частым возникновением различных осложнений (сепсис, инфекционно-токсический шок, полиорганная недостаточность и другие).

Одним из методов профилактики развития гнойно-септических осложнений является использование препаратов серебра [Comparison of Surgical Site Complications With Negative Pressure Wound Therapy vs Silver Impregnated Dressing in High-Risk Total Knee Arthroplasty Patients: A Matched Cohort Study. Doman DM, Young AM, Buller LT, Deckard ER, Meneghini RM. J Arthroplasty. 2021 May 24:S0883-5403(21)00512-X. doi: 10.1016/j.arth.2021.05.030], в том числе в составе покрытий для лечения инфицированных ран, а также в виде повязок и шовного материала с наночастицами серебра. В качестве лиганда, при получении наночастиц серебра, используется поливинилпирролидон (Оптимизация физико-химических условий для получения наночастиц серебра и оценка биологических эффектов синтезированных коллоидных растворов Джимак С.С., Соколов М.Е., Басов А.А., Федосов С.Р., Малышко В.В., Власов Р.В., Лясота О.М., Барышев М.Г. Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. №11-12. С.132-137). Среди различных типов шовного материала особое место занимают шелковые волокна, представляющие собой полимеры белковой природы, состоящее из фиброина и серицина. Следует отметить, что для хирургии имеется отличительная ценность подобных волокон из шелка, которая обусловлена их следующими свойствами: высокая прочность, мягкость и пластичность, а также способность к биодеструкции в организме в срок от 6 месяцев до 1 года [The Biomedical Use of Silk: Past, Present, Future. Holland C, Numata K, Rnjak-Kovacina J, Seib FP. Adv Healthc Mater. 2019 Jan;8(l):el800465. doi: 10.1002/adhm.201800465. Epub 2018 Sep 20; Silkworm silk-based materials and devices generated using bio-nanotechnology. Huang W, Ling S, Li С, Omenetto FG, Kaplan DL. Chem Soc Rev. 2018 Aug 28;47(17):6486-6504. doi: 10.1039/c8cs00187a].

Способы обработки волокон шовного материала наночастицами серебра многообразны. Известен способ изготовления хирургического шовного материала [Патент РФ 2497461 А61В 17/06, A61L 17/04, B82Y 30/00. 2012. Бюл. №31], принятый нами за аналог и основанный на погружении лигатурной нити в аргон с чистотой не менее 99,99%, создании разряжения не менее 10^-4 Па и последующем проведении нити под, как минимум, одним работающим магнетроном. Данный метод имеет следующие недостатки:

1) достаточно сложен и требует использования дорогостоящего оборудования, в том числе, вакуумной камеры (https://clim-tech.ru/produktsiya/kamery-vacuuma?gclid=EAIaIQobChMIvMP37-3k8QIV8EiRBR01WAMYEAAYAiAAEgLhs_D_BwE) стоимостью до 5 600 ООО рублей, а также магнетрона стоимостью до 1100 долларов Соединенных Штатов Америки [https://rassian.alibaba.com/product-detail/lg-brand-2m290-industrial-magnetron-3000w-60392595826.htm1?spm=a2700.7724857.normal_offer.d_title], и расходных материалов, например, баллона для аргона стоимостью до 15000 рублей https://www.centrogas.m/catalog/tmc/argonovyqj_ballon_401_novyqj.html, а также дозаправки аргона до 1200 рублей за 1 метр кубический (https://www.kriogen.com/product/chistyе-gazy/argon-ar2/argon-gaz-osoboy-chistoty-6-0/);

2) может способствовать повреждению волокна, что приведет к снижению его прочности "на разрыв" [Шилько С.В., Гракович П.Н., Хиженок В.Ф., Паркалов С.В. Биомеханические свойства хирургических нитей с функциональным покрытием // Российский журнал биомеханики. 2003. Т. 7. №2. С.85-91; Бонцевич Д.Н. Хирургический шовный материал // Проблемы здоровья и экологии. 2005. №3 (5). С.43-48.] и "в узле" за счет его разволокнения [Шилько С.В., Глазырин Н.П., Гракович П.Н., Аничкин В.В., Бонцевич Д.Н. Характеризация манипуляционных свойств хирургических нитей // Проблемы здоровья и экологии. 2004. №2 (2). С. 145-150].

Кроме того, известен также способ получения синтетического волокна с биоцидными свойствами, предусматривающий выдержку часть 10-50 мас. % гранул термопластичного полимера (полиэфир или полипропилен, или полиамид) перед формованием в мицеллярном растворе, содержащем азотнокислое серебро, бис(2-этилгексил) сульфосукцинат натрия, воду и изооктан в соотношении соответственно (г/л) (0,11-2,75):(30,0-120,0):(2,0-30,0):(539,9-659,2) [Пат. РФ 2447204, D01F 1/00 (2006.01) D01F 1/10 (2006.01) D06M 16/00 (2006.01) A61L 2/08 (2006.01) A61L 2/16 (2006.01) D01D 10/00 (2006.01) С08К 3/28 (2006.01) A01N 25/02 (2006.01) 10.04.2012 Бюл. №10]. Одновременно проводят радиационную обработку при общей дозе поглощенной энергии 1,3-6,0 МРад с последующей пост-радиационной выдержкой до содержания серебра 0,002-0,010 мас. % в гранулах. Смешивают обработанные гранулы с оставшейся частью гранул того же полимера и подвергают их формованию из расплава. Недостатками описанного способа являются:

1) необходимость сложного многоэтапного трудоемкого выполнения обработки материала до образования нитей;

2) использование потенциально агрессивных, взрывоопасных радиоактивных материалов, в том числе в качестве источника радиоактивного излучения в установках применяют следующие радиоактивные изотопы: 137Cs, 60Со и 241Аm; кроме того, используемый в технологическом процессе изооктан потенциально взрывоопасен и обладает токсичностью при вдыхании [https://www.carlroth.com/medias/SDB-7580-RU-RU.pdf?context=bWFzdGVyfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0c3wzMDI3N DF8YXBwbGljYXRpb24vcGRmfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0cy9oY2YvaDk2Lzg5NjgwNTM1ODc5OTgucGRmfDM2MjU2YWQ3M2E1M2JiZTRjYjgzOWZmZmFkMjс1NzY4NzE1ZDYONWNkOTNlYTkzMTE3MTNiYTA0Nj BmZDBjNmI], что значительно затрудняет обработку готовых волокон перед их использованием на практике;

3) потребность в высокотехнологичном дорогостоящем оборудовании (например, специальной гамма-установки для радиационной обработки стоимостью до 22000 долларов Соединенных Штатов Америки [https://rassian.alibaba.com/g/gamma-radiation-sterilization-equipment.html];

при этом стоимость всей технологической линии для производства полимерного волокна может достигать до 200000 долларов Соединенных Штатов Америки).

Также известен способ получения антибактериального текстильного волокнистого материала, рассматриваемый нами как прототип и включающий восстановление серебра из водного раствора нитрата серебра восстановителем, закрепленным на волокнистом материале [Пат. РФ 2337716, A61L 15/8 10.11. 2008. Бюл. №31]. Этот способ получения антибактериального текстильного волокнистого материала, включает восстановление серебра из водного раствора нитрата серебра восстановительными агентами и нанесении восстановленного серебра на волокнистый материал. Причем восстановление нитрата серебра осуществляют восстановителем, закрепленном на волокнистом материале, для чего вначале проводят обработку волокнистого материала в нагретом до 70-90°С водном растворе дубильных веществ на основе таннина, выполняющего функции восстановителя, с концентрацией 0,2-2,0 мас. %, а после охлаждения отделяют водную фазу, высушивают и затем закрепляют дубильное вещество на волокнистом материале путем пропитки в водном растворе антимонилтартрата калия с концентрацией 0,5-1,5 мас. %, отделяют водную фазу, промывают материал водой, после чего влажный волокнистый материал помещают в нагретый до 50-100°С водный раствор нитрата серебра с концентрацией 0,1-3,0 мас. %, отделяют водную фазу и сушат полученный волокнистый материал с нанесенным на него серебром.

Данный способ имеет следующие недостатки:

1) он достаточно трудоемкий и не может быть выполнен на отдельных типах шовного материала в связи с необходимостью нагрева до высоких температур, что может привести к повреждению его волокон [Исследование деформационно-прочностных свойств антимикробных хирургических поликапроамидных нитей Москалюк О.А., Анущенко Т.Ю., Жуковский В.А., Цобкалло Е.С.Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX). 2017. №1. С. 195-201; Влияние способов стерилизации на свойства хирургических шовных материалов Осипова Л.И., Курденкова А.В., Буланов Я.И. В сборнике: Концепции, теория, методики фундаментальных и прикладных научных исследований в области инклюзивного дизайна и технологий. Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической заочной конференции. Москва, 2020. С. 105-108];

2) требует дорогостоящих расходных материалов и оборудования (например, антимонилтартрата калия, танинов, центрифуги [https://ww.whitegoods.ru/goods/53680.htm?ymclid=16263512278988931361 100001], термостата).

Из вышеизложенного следует задача - создание способа обработки наночастицами серебра хирургических волокон (в том числе шовного материала из шелка), не требующего использования дорогостоящего оборудования и не применения потенциально токсичных химических веществ, исключающего использование агрессивных физических факторов или условий, способствующих нарушению структуры хирургического волокна, обеспечивающего достоверное увеличение количества наночастиц серебра на поверхности волокна в процессе обработки, а следовательно способствующего возрастанию антибактериальной активности обрабатываемого материла.

Предлагаемый способ повышения количества и антибактериальной активности наночастиц серебра на шовном материале из шелка, включает температурную обработку волокон с использованием соединений серебра. При этом в качестве исходных волокон используется шелк, который погружают в гель с наночастицами серебра, полученными путем кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления ионов серебра, после чего обработанные волокна извлекают и подвергают 10-кратной циклической заморозке, причем каждый ее цикл заключается в последовательном чередовании температуры от -30,0°С до -40,0°С в течение 20-30 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода времени.

Техническим результатом изобретения является:

1) значительное повышение количества сорбированных наночастиц серебра на поверхности волокон из шелка по сравнению с теми шелковыми нитями, в отношении которых 10-кратная циклическая заморозка и разморозка не производилась;

2) воздействие на шовный материал строго в температурном диапазоне (от -40,0°С до 0,0°С), исключает нарушение структуры хирургического волокна (например, не используется нагрев, радиационное воздействие и другие факторы [Rnjak-Kovacina J., DesRochers Т.М., Burke K.A., Kaplan D.L. The effect of sterilization on silk fibroin biomaterial properties // Macromol Biosci. 2015 Jun;15(6):861-74. doi: 10.1002/mabi.201500013], которые применяются в представленных выше аналоге и прототипе [Патент РФ 2497461 А61В 17/06, A61L 17/04, B82Y 30/00. 2012. Бюл. №31; Пат. РФ 2337716, A61L 15/8 10.11. 2008. Бюл. №31]);

3) существенное возрастает антибактериальная активность шелковых волокон по сравнению с аналогичным показателем у таких же волокон без выполнения 10-кратнной циклической заморозки и разморозки;

4) инкубация шовного материала в гелевой композиции с наночастицами серебра, полученной на основе биологически инертного материала (желатина [Патент РФ 2647782 МПК А61В 1/005 (2006.01), А61М 25/00 (2006.01), СПК А61В 1/005 (2006.01) А61М 25/00 (2006.01). 2018. Бюл. №4]), исключает дополнительное применение потенциально токсичных химических веществ (например антимонилтартрата калия [https://pcgroup.ru/blog/kalij-surmyano-vinnokislyj-toksichnyj-i-slozhnyj-reaktiv/], изооктана [https://docs.cntd.ru/document/1200007905], которые используются в вышеописанных способах;

5) отсутствует необходимость в использовании специального дорогостоящего оборудования, которое применяется в описанных выше способах (в том числе, специализированной технологической линии, включающей гамма-установку для радиационной обработки [https://russian.alibaba.eom/g/gamma-radiation-sterilization-equipment.html; https://promportal.Su/g/27142/oborudovanie-dlya-proizvodstva-netkanih-materialov/.], стоимость которых превышает цену оборудования для выполнения заморозки в диапазоне от -30,0°С до -40,0°С в среднем примерно более чем в 11,5 раз [https://www.laboratorii.com/oborudovanie-dlja-laboratorij/morozilniki/]).

Способ осуществляют следующим образом:

Для приготовления гелевой композиции в раствор с наночастицами серебра, полученными путем кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления ионов серебра в присутствии лиганда (поливинилпирролидона [Джимак С.С., Соколов М.Е., Басов А.А., Федосов С.Р., Малышко В.В., Власов Р.В., Лясота О.М., Барышев М.Г. Оптимизация физико-химических условий для получения наночастиц серебра и оценка биологических эффектов синтезированных коллоидных растворов // Российские нанотехнологии. - 2016. - Т. 11, №11-12. - С.126-131; Басов А.А., Малышко В.В., Федосов С.Р., Савченко Ю.П., Власов Р.В., Чернобай К.Н. Устройство для получения наночастиц серебра. Патент на полезную модель №150504, Российская Федерация, МПК B22F 9/14 (2006.01), В82В 3/00 (2006.01). - Заявл. 16.06.2014; опубл. 20.02.2015. - Бюл. №5.-2 с.]), вносят 0,9% раствор желатина до получения 1% конечной концентрации наночастиц серебра. Далее шовный материал из шелка погружают в гелевую композицию, содержащую наночастицы серебра и инкубируют в течение 24 часов, после чего его извлекают и затем подвергают 10-кратной циклической заморозке, заключающейся в последовательном чередовании температуры от -30,0°С до -40,0°С в течение 20-30 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода.

Обоснование достигнутых результатов.

Особенность предлагаемого способа заключается в значительном повышении количества наиболее биологически активных наночастиц серебра диаметром от 1 до 10 нм (в среднем в 18,4 раза, р<0,05) на поверхности шовного материала из шелка с использованием биологически инертного материала, исключая при этом дополнительное применение потенциально токсичных химических веществ и дорогостоящее оборудование, а также агрессивные физические факторы, способные нарушить структуру хирургического волокна, что сопровождается существенным возрастанием антибактериальной активности обрабатываемого материла (в среднем на 64,5%, р<0,05).

Следует отдельно отметить, что после обработки волокон из шелка согласно разработанному способу прежде всего выявлено значительное увеличение количества наночастиц серебра диаметром от 1 до 5 нм (их медиана возрастала в 174 раз, р<0,004). Кроме того, отмечены достоверно более высокие показатели и для наночастиц диаметром от 6 до 10 нм (их медиана возрастала в 23,2 раза, р<0,05). Данные показатели указывают на высокую эффективность разработанного способа, так как именно наночастицы серебра диаметром от 1 до 10 нм обладают наибольшей антибактериальной активностью [Jeong Y., Lim D.W., Choi J. Assessment of size-dependent antimicrobial and cytotoxic properties of silver nanoparticles // Advances in Materials Science and Engineering. - 2014. - Vol.2014. - P. 763807. https://doi.org/10.1155/2014/763807; Barzan G, Rocchetti L, Portesi C, Pellegrino F, Taglietti A, Rossi AM, Giovannozzi AM. Surface minimal bactericidal concentration: a comparative study of active glasses functionalized with different-sized silver nanoparticles.// Colloids Surf В Biointerfaces. - 2021. - Vol. 204. - P. 111800. doi: 10.1016/j.colsurfb.2021], что также было подтверждено в результате проведенного микробиологического исследования, проведенного при поддержке гранта для молодых российских ученых: конкурс - МК-2020, проект №МК-1670.2020.7. В результате изучения влияния волокон с наночастицами серебра на рост кишечной палочки, а именно Escherichia coli (Е. coli 25922), которая среди бактериальных патологий является одним из основных возбудителей инфекционных болезней у человека и животных [Скоморина Ю.А. и соавт. Сравнительная оценка дифференциально диагностических сред для выделения Escherichia coli с целью применения в ветеринарных лабораториях // Бактериология, 2020. Т. 5, №2. С. 24-32. doi: 10.20953/2500-1027-2020-2-24-32, режим доступа:

https://www.obolensk.org/flles/joumal/2020/Bacteriology2020-v5-n2.pdf; WHO publishes list of bacteria for which new antibiotics are urgently needed, 2017. [Электронный ресурс]. Режим доступа:

https://www.who.int/news/item/27-02-2017-who-publishes-list-of-bacteria-for-which-new-antibiotics-are-urgently-needed; Покровский В.И. и соавт.Инфекционные болезни и эпидемиология: Учебник / В.И. Покровский, С.Г. Пак, Н.И. Брико, Б.К. Данилкин. - 2-е изд. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 816 с.]) было продемонстрировано существенное увеличение микробицидного эффекта у волокон, подвергнутых 10-кратной циклической заморозке по сравнению с аналогичными нитями из шелка, не подвергнутых разработанному режиму температурного воздействия.

Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован примером: Для приготовления гелевой композиции в раствор с наночастицами серебра, полученными путем кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления ионов серебра в присутствии лиганда (поливинилпирролидона, вносили 0,9% желатин до получения 1-процентной конечной концентрации наночастиц серебра. Далее шовный материал из шелка погрузили в гелевую композицию, содержащую наночастицы серебра и инкубировали в течение 24 часов, после чего его извлекли и затем подвергли 10-кратной циклической заморозке, заключающейся в последовательном чередовании температуры -37.0°С в течение 24 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода.

На приведенных рисунках 1, 2, 3, 4 показано:

- На рис. 1 - антибактериальная активность шелковых нитей (1), проинкубированных в гелевой композиции на основе 0,9% желатина с наночастицами серебра, но при этом не подвергнутых разработанному режиму температурного воздействия (в данном случае чередование температуры -37,0°С в течение 24 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода времени) в сравнении с нитями (2), не прошедшими обработку в гелевой композиции с наночастицами серебра.

- На рис. - 2 антибактериальная активность шелковых нитей (3), проинкубированных в гелевой композиции на основе 0,9% желатина с наночастицами серебра, и затем подвергнутых разработанному режиму температурного воздействия (в данном случае чередование температуры -37,0°С в течение 24 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода времени) в сравнении с нитями (4), не прошедшими обработку в гелевой композиции с наночастицами серебра.

- На рисунке 3 - распределение наночастиц серебра по размерам на поверхности шовного материала шелк без выполнения циклической заморозки (увеличение 30000 раз, режим «СОМРО») представлена электронная микрофотография (исследование выполнено в рамках государственного задания ЮНЦ РАН: №АААА-А19-119040390083-6) шовного материала естественного происхождения (шелк) полученные после экспозиции шовного волокна в гелевой композиции в течение 24 часов без воздействия циклической заморозки.

- На рисунке 4 - распределение наночастиц серебра по размерам на поверхности шовного материала шелк после выполнения 10-кратной циклической заморозки (увеличение 30000 раз, режим «СОМРО») представлена электронная микрофотография шелкового волокна, полученная после экспозиции шовного материала в гелевой композиции в течение 24 часов с последующим выполнением 10-кратной заморозки и разморозки по описанному выше способу.

Из рисунков 1 и 2 четко видно, что произошло увеличение зоны подавления роста Е. coli 25922 на 64,5% (р<0,05), с 3,8±0,2 мм для шелковых нитей, не подвергнутых дополнительному температурному воздействию, до 6,3±0,9 мм для шелковых нитей, подвергнутых разработанному режиму температурного воздействия.

В целом, полученные результаты позволяют говорить, как о существенном влиянии 10-кратной циклической заморозки и разморозки на количество наночастиц серебра на шовном материале из шелка. Последнее может быть обусловлено разной скоростью гидротермального восстановления ионов Ag⁺ и различающейся интенсивностью межмолекулярного взаимодействия наночастиц (в том числе с активными химическими группами как лиганда, например, поливинилпирролидона, так и непосредственно сорбирующего полимера), при неоднократном воздействии температуры от -30,0°С до -40,0°С на волокно с сорбированными наночастицами, полученными путем кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления ионов серебра. Подобное может происходит как следствие выделения Ag⁺ из наночастиц в геле за счет ускорения процесса окисления наночастиц стимулируемого циклами замораживания и оттаивания. Такой процесс может характеризоваться динамическим преобразованием в системе "нaнoчacтицa-Ag⁺-вoлoкнo", в ходе которого на фоне восстановительной регенерации может происходить модификация отдельных групп наночастиц с разной интенсивностью в зависимости от их диаметра.

Учитывая определенную хрупкость серцина, входящего в состав шелка, дополнительное высвобождение наночастиц серебра вследствие десорбции после циклической заморозки и разморозки может служить дополнительным источником Ag⁺ и восстановительных групп (прежде всего гидроксильных (-ОН) групп тирозина в составе серцина [Не Н., Тао G., Wang Y., Cai R., Guo P., Chen L., Zuo H., Zhao P., Xia Q. In situ green synthesis and characterization of sericin-silver nanoparticle composite with effective antibacterial activity and good biocompatibility // Materials Science and Engineering: C. - 2017. - Vol. 80. - P. 509-516. https://doi.Org/10.1016/j.msec.2017.06.015]), необходимых для образования in situ новых наночастиц меньшего размера (до 10 нм). Кроме того, известно, что при температуре выше 0,0°С использование серцина в качестве носителя при синтезе наночастиц приводит к образованию AgNPs диаметром от 20 до 80 нм [Wang Y, Cai R, Tao G, Wang P, Zuo H, Zhao P, Umar A, He H. A Novel AgNPs/Sericin/Agar film with enhanced mechanical property and antibacterial capability // Molecules. - 2018. - Vol. 23(7). - P. 1821. https://doi.org/10.3390/molecules23071821]. В тоже время для медицинских материалов предпочтительнее использование наночастиц диаметром 10 нм и менее, так как они обладают более высокой антимикробной активностью, чем наночастицы более крупных размеров [Jeong Y., Lim D.W., Choi J. Assessment of size-dependent antimicrobial and cytotoxic properties of silver nanoparticles // Advances in Materials Science and Engineering. - 2014. - Vol.2014. - P. 763807. https://doi.org/10.1155/2014/763807; Barzan G, Rocchetti L, Portesi C, Pellegrino F, Taglietti A, Rossi AM, Giovannozzi AM. Surface minimal bactericidal concentration: a comparative study of active glasses functionalized with different-sized silver nanoparticles.// Colloids Surf В Biointerfaces. - 2021. - Vol. 204. - P. 111800. doi: 10.1016/j.colsurfb.2021].

Полученные результаты (рис. 3 и 4) наглядно демонстрируют, что выполнение циклической заморозки позволило существенно увеличит количество наночастиц серебра на поверхности шовного материала, при этом наиболее выраженное увеличение показателя наблюдалось для биологически активных наночастиц диаметром от 1 до 10 нм. Так отмечено значительное увеличение количества наночастиц серебра диаметром от 1 до 5 нм (в 187 раз, р<0,05). Также достоверно более высокие значения были установлены для наночастиц диаметром от 6 до 10 нм (в 27 раз). Данные показатели указывают на высокую эффективность разработанного способа, так как именно наночастицы серебра диаметром от 1 до 10 нм обладают наибольшей антибактериальной активностью. Учитывая это, было выполнено исследование антибактериальной активности полученных волокон (рис. 1 и 2), результаты которого показали более высокую на 64,5% (р<0,05) антибактериальную активность у шелковых волокон после 10-кратной циклической заморозки по сравнению с образцами, не проходившим температурную обработку согласно разработанному способу.

Таким образом данное изобретение позволяет:

1. увеличить общее количество наночастиц серебра на поверхности шовного материала из шелка;

2. значительно повысить прежде всего количество наночастиц серебра диаметром от 1 до 10 нм, обладающих потенциально наиболее выраженной активностью;

3. обеспечить согласно результатам микробиологического исследования существенный рост на 64,5% для антибактериальной активности волокон после 10-кратной циклической обработки с последовательным чередованием температур от -30,0°С до -40,0°С в течение 20-30 часов и температуры до 0,0°С в течение такого же по длительности периода.

Практическим результатом предложения является возможность получения шовного материала из шелка с высоким содержанием наночастиц серебра и повышенной антимикробной активностью с использованием биологически совместимых и неагрессивных материалов, что является перспективным для применения в ветеринарии и медицине, в том числе в сердечно-сосудистой хирургии, нейрохирургии и офтальмологии, где применение шелковых волокон, обработанных согласно разработанному способу, представляется особенно востребованным.

Способ повышения количества и антибактериальной активности наночастиц серебра на шовном материале из шелка, включающий температурную обработку волокон с использованием соединений серебра, отличающийся тем, что в качестве исходных волокон используется шелк, который погружают в гель с наночастицами серебра, полученными путем кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления ионов серебра, после чего обработанные волокна извлекают и подвергают 10-кратной циклической заморозке, причем каждый ее цикл заключается в последовательном чередовании температуры от -30,0°С до -40,0°С в течение 20-30 часов и температуры 0,0°С в течение такого же по длительности периода времени.