Дистанционно-контролируемые наноструктурированные покрытия для медицины, морских сооружений и энергетики

Разработана экспресс-методика лабораторного анализа противообрастающих покрытий на склонность к биообрастанию. Для интенсификации процесса обрастания покрытий на основе эмульсионных красок предложено использовать диоксид кремния в качестве добавки, его функция заключается в увеличении шероховатости покрытий (алкидных, амидных красок и эпоксидных покрытий) и стимуляции роста микроводорослей. Показано, что разработанная методика позволяет уменьшить время проведения лабораторных испытаний противообрастающих покрытий с 2-3 месяцев до 2-4 недель. Исследована токсичность добавок на основе мезопористых силикатов и алюмосиликатов в отношении модельных микроводорослей Сhlоrеllа vulgаris. Показано, что уровень токсичности наноматериалов на основе наночастиц сульфидов кадмия и цинка по отношению к модельным микроводорослям зависит от природы носителя. Синтезированы наноконтейнеры для загрузки активных компонентов (биоцидов, антикоррозионных агентов) такие как МСМ-41, МСМ-41/Hall. Мезопористый силикат МСМ-41 выбран для лабораторных исследований профилей высвобождения салициловой кислоты. Характер профиля высвобождения позволил сделать вывод о перспективности использования салициловой кислоты в качестве биоцида для загрузки в нанокапсулы или наноконтейнеры с целью их использования в противообрастающих покрытиях. Проведены исследования коррозионной активности покрытий на основе эпоксидной смолы, содержащей добавки на основе мезопористых силикатов и оксида графена. Подтверждено, что эпоксидное покрытие, модифицированное функционализированным оксидом графена, обладает самовосстанавливающейся антикоррозийной способностью. Наноконтейнеры с функциями самовосстановления и защиты от коррозии могут использоваться для защиты кораблей, морских объектов, мостов, поскольку они не только отвечают требованиям по защите от коррозии, но также реагируют на повреждения покрытия самовосстановлением. Апробирована методика исследования распределения агрегатов нанотрубок галлуазита в модельных объектах Turbatrix aceti in vivo. Распределение материалов в кишечнике и тканях нематод T. aceti осуществляли с помощью темнопольной микроскопии с применением LED-осветителя высокой мощности (Zeiss Schott KL 2500), что позволило получить изображения с минимальной экспозицией (5-15 мс), в отличие от предыдущих работ, когда применение галогенового источника (150 Вт) обусловливало достаточно длительную экспозицию (100-300 мс). Разработан метод синтеза инкапсулированных неорганических фазово-переходных материалов (на примере кристаллогидрата Mg(NO3)2·6H2O) с улучшенными характеристиками материала оболочки капсул (TiO2 или композит TiO2/ SiO2). Более высокая теплопроводность TiO2 (в 5 10 раз выше, чем у SiO2) придает улучшенные характеристики композиту. Предложенный метод включает стадию гидрофобизации наночастиц SiO2 или TiO2 с помощью октадецилтриметоксисилана с целью получения эмульгаторов, стабилизирующих эмульсии Пикеринга типа вода-в-масле. Капли водного раствора фазово-переходного компонента в эмульсии играют роль темплата для гидролиза и конденсации изопропоксида титана на границе раздела с образованием TiO2. Были синтезированы образцы неорганического фазово-переходного материала инкапсулированного в наноконтейнеры с материалом оболочки TiO2 или гибрида TiO2/SiO2. Полученные капсулы имеют диаметр около 2 мкм и сходны по морфологии поверхности. Результаты сканирующей электронной микроскопии и ИК спектроскопии подтверждают успешную инкапсуляцию ФПМ. Посредством ТГА изучена термическая стабильность полученных образцов инкапсулированных ФПМ. Установлено, что полученные образцы характеризуются малой потерей массы при температуре выше 300 °C. Разложение солевого компонента при температуре более 400 °C в полученных инкапсулированных образцах не происходит в отличие от исходного кристаллогидрата соли. Оболочка из диоксида титана предотвращает диффузию материала ядра капсул, что минимизирует испарение. Изучена термическая стабильность полученных образцов инкапсулированных фазово-переходных материалов при термоциклировании. Образцы продемонстрировали значение энтальпии плавления 110 – 115 Дж/г, которое оставалось стабильным на протяжении 50 циклов охлаждение/нагрев. Установлено, что более высокая теплопроводность материала оболочки капсул TiO2 по сравнению с SiO2/TiO2 также обеспечила начало кристаллизации фазово-переходного компонента образца NTC2 при более высокой температуре из-за меньшего эффекта переохлаждения. Разработан новый метод синтеза композита нанофибриллярная целлюлоза/полистирол, который является перспективной матрицей для органических ФПМ (парафины, жирные спирты и кислоты). Наличие в составе композита более гидрофобного полистирола обеспечивает большее сродство органических ФПМ и более эффективное их удержание на поверхности матрицы. Предложенный метод заключается в ультразвуковой обработке эмульсии стирола в смеси нанофибриллярной целлюлозы (НФЦ) и воды без дополнительного нагрева в достаточно мягких условиях (в течение 15 минут при температуре 45 °C). Были получены многослойные покрытия, включающие бактерицидный композит и Рамановские диагностические метки. Покрытия получали с применением криогеля поливинилового спирта (ПВС). Наилучший диагностический сигнал ГКР был получен при использовании красителя родамин 6G в качестве диагностической Рамановской метки, а оптимальная толщина слоя составила 10 мкм. Оптимальная дозировка бактерицидных наночастиц в составе композитов была определена из расчёта не менее 0,5 г композита на 1 л жидкости, контактирующей с покрытием. Разработан метод получения наночастиц, который не требует предварительной модификации носителя и заключается в in situ образовании наночастиц на носителе, что существенно упрощает методику получения композита. Проведён подбор веществ, обладающих синергизмом при совместном использовании с наночастицами серебра в составе композитов. Получены композиты HNT-Ag-PMA, HNT-Ag-PTA и HNT-Ag-STA, проведены исследования антибактериального действия. Установлено, что наилучшие антибактериальные свойства проявляет фосфорномолибденовая кислота. МИК, определенная методом разведения в бульоне, для композита с фосфорномолибденовой кислотой в отношении S. aureus, P. aeruginosa, A. baumannii равна 0.5, 0.25, 0.25 г/л. Получены супергидрофобные покрытия на магниево-марганцевом сплаве и на титане, обладающие высокими значениями краевого угла смачивания. Были проведены исследования стойкости полученных покрытий к абразивному износу и моющему воздействию. Титановый образец показывает высокую износостойкость, выдерживая 15-30 минут интенсивного износа. Следует отметить, что при повторном измерении краевого угла через 30 суток после испытаний было отмечено восстановление супергидрофобных свойств. Промывка образца на основе титана не приводит к потере супергидрофобных свойств даже после 240 минут постоянного воздействия. Получено супергидрофобное покрытие на титане с краевым углом смачивания 171±2°, проведено инкапсулирование в его поры антибиотика хлорамфеникола. Диаметр зон ингибирования S.aureus, определенных для трёх независимых экспериментов, составил 11,0±0,4 мм. Исследована антибактериальная активность композита на основе галлуазита с наночастицами серебра и с фосфорномолибденовой кислотой на рост бактериальных биопленок. В случае с Грам-отрицательными P. aeruginosa, A. Baumannii жизнеспособность биопленок под действием композита снижается на 4-5 порядков. Были исследованы модельные биопленки бактерий Micrococcus luteus, образующих неоднородный внеклеточный матрикс, а также изучено влияние эпинефрина на строение биопленок и сигнал ГКР как внеклеточного матрикса, так и отделённых бактериальных клеток.