ANTIMIKROBIÁLNÍ ÚČINKY NANOVLÁKNITÝCH FILTRAČNÍCH MEMBRÁN PRO VODÁRENSKÉ TECHNOLOGIE

Transkript

1 ANTIMIKROBIÁLNÍ ÚČINKY NANOVLÁKNITÝCH FILTRAČNÍCH MEMBRÁN PRO VODÁRENSKÉ TECHNOLOGIE Eva Trávníčková, Přemysl Mikula, Jakub Opršal, Marie Boháčová, Lubomír Kubáč, Dušan Kimmer, Jana Soukupová, Michal Bittner Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí, Masarykova univerzita, Kamenice 5, Brno

2 Úvod filtrace jako nástroj pro čištění a úpravu vod - písková - membránová filtrace (mikro-, ultra-, nano-, reverzní osmóza) požadované vlastnosti: - vysoká účinnost odstraňování mikroorganismů - nejvyšší možný průtok ( úspora energie nižší náklady) - dlouhá životnost (mechanická odolnost, odolnost vůči zanášení) (SPUR Zlin,

3 Úvod zanášení membrány - tvorba mikrobiálních biofilmů (= biofouling) snížení účinnosti membrány hledání/použití pokročilých materiálů pro antimikrobiální účinky snížení adheze na membránu použití specifických polymerů přímý antimikrobiální účinek ( Wageningen University & Research (

4 Materiál a metody ČSN ISO absorbční metoda resazurinová metoda kalibrace hodnocení vzorků membrány s obsahem QAS a AgNPs Escherichia coli CCM 3954 (G-, bf+) Enterococcus faecalis CCM 4224 (G+, bf-) Odtok ČOV (Ochozský potok, 1000 EO)

5 Příprava membrán Membrány s obsahem QAS příprava PU: IDPI (isoforondiisokyanát) + 1,6-hexandiol v průběhu syntézy plynule přidávána QAS produkt naředěn DMF na 30% roztok zvláknění roztoku, multikanálová tryska 3 typy podpůrných vrstev: MFRF (microfiltration reinforced foam), PP, VS O CH 3 O HO Membrána s obsahem AgNPs roztok PU v DMF, s přídavkem síťovadla zvláknění roztoku podpůrná vrstva PP NH N + NH CH Br - 3 OH síťovadlo s funkčními skupinami s obsahem N navázány AgNPs

6 Resazurin - kalibrace max: 10 9 CFU/ml 10 8 min: CFU/ml resazurin 20 µmol/ml v PBS koncentrace [CFU/ml] max min měření RFU λ ex = 520 nm λ em = 590 nm ihned po přidání resazurinu, 6 hod po 30 min

7 Resazurin - hodnocení membrán kultura v TSB, 10 5 CFU/ml voda z odtoku ČOV + TSB (1:1) S1 S2 C AB inkubace 4 h při 37 C resazurin 20 µmol/ml v PBS inkubace 30 min membrány odebrány měření RFU 6 hod po 30 min λ ex = 520 nm λ em = 590 nm

8

9 Hodnocení membrán dle ISO Antibakteriální účinnost dle ČSN ISO absorpční metoda kultivace bakteriální inokulum v TSB, 10 5 CFU/ml čas inkubace 0 h čas inkubace 4 h S1 S2 S3 C S1 S2 S3 C ke všem vzorkům přidán vytřepávací roztok (0,85% NaCl + Tween80), vortexováno vzorek zředěn, vyočkováno na agar, spočítány kolonie

10 F lu o re s c e n c e [R F U ]; 1 2 -w e ll p l. C o n c e n tra tio n [L o g C F U m L -1 ] Výsledky T im e [m in ] F lu o re s c e n c e [R F U ]; 9 6 -w e ll p l. C F U m L E E E E E E E E E E E. coli: y = -0,0125x + 10,604, R 2 = 0,9993 v rozsahu 5, až 9, CFU/ml E. faecalis: y = x x x , R² = v rozsahu 1, až 1, CFU/ml LOQ: 10 3 CFU/ml (pro obě bakterie, nejnižší bod kalibrační přímky/křivky) T [m in ] E n te r o c o c c u s fa e c a lis E s c h e r ic h ia c o li

11 RFU log CFU/ml Výsledky Metabolizační křivky bakterie + membrány 12 Množství bakterií po 4 hod QAS MFRF MFRF Ag ECOLI QAS PP PP LOQ Čas [min] QAS VS VS 0 ecoli entflis odtok ČOV E. coli: y = -0,0125x + 10,604 [CFU/ml] E. faecalis: y = ax n ± [CFU/ml] odtok ČOV: dle E. coli [CFU EEQ /ml]

12 log CFU/ml log CFU/ml Výsledky 12 Množství bakterií po 4 hod. - resazurin 12 Množství bakterií po 4 hod. - kultivace ecoli entflis odtok ČOV ecoli entflis

13 A [log CFU/ml] Výsledky A = (logc 4h logc 0h ) (logs 4h logs 0h ) A ecoli A entflis A wwtp resazurin kultivace antibakteriální účinnost Redukce CFU (log 10 ) A významná 2 A < 3 vysoká A 3

14 Tento výzkum byl podpořen projekty MPO (FV10323), MŠMT program NPU I (LO1504), RECETOX Research Infrastructure (LM and CZ /0.0/0.0/16_013/ ) a ERDF "Development of pre-applied research in nanotechnology and biotechnology" (No. CZ /0.0/0.0/17_048/ ) Závěr screeningová metoda pro zjišťování antibakteriálních účinků membrán rychlá, jednoduchá přesností srovnatelná s ISO metodou nutnost předchozí kalibrace ale pouze u čistých kultur membrány s QAS nebyly dostatečně účinné membrána s AgNPs velmi účinná