zdorПроблемы здоровья и экологииHealth and Ecology Issues2220-09672708-6011Gomel State Medical University10.51523/2708-6011.2022-19-2-18zdor-2289Research ArticleНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИNEW TECHNOLOGIESИнструментальный метод с оптической детекцией для оценки антимикробного потенциала материалов, используемых для медицинских масокInstrumental method with optical detection for evaluating the antimicrobial potential of materials used for medical mask productionhttps://orcid.org/0000-0002-5877-9307ДудчикН. В.DudchikN. V.

Дудчик Наталья Владимировна, д.биол.н., доцент, заведующий лабораторией микробиологии

г. Минск

Natallia V. Dudchik, DBiolSc, Associate Professor, Head of the Microbiology Laboratory

Minsk

n_dudchik@mail.ruНаучно-практический центр гигиеныScientific Practical Centre of Hygiene202201072022192140146Copyright © Дудчик Н.В., 20222022Дудчик Н.В.Dudchik N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gsmu.by/jour/article/view/2289

Цель исследования. Оптимизировать параметры тестирования антимикробной активности модифицированных нетканых материалов, используемых для изготовления медицинских масок, в отношении санитарно-показательных микроорганизмов и провести количественную оценку их антимикробного потенциала методом с оптической детекцией.Материалы и методы. Оценку антимикробного потенциала проводили, моделируя прямой контакт материала с антимикробным импрегнированием в условиях in vitro методом с оптической детекцией на основании предложенного маркера Ts — времени достижения популяции микроорганизмов стационарной фазы развития в условиях периодического культивирования. Антимикробный потенциал рассчитывали по предложенной формуле и оценивали в соответствии с обоснованной количественной шкалой.Результаты. В лабораторных условиях оптимизированы параметры тестирования антимикробной активности нетканых материалов с антимикробной обработкой оксидом цинка (ZnO) с использованием инструментального метода с оптической детекцией. Установлено, что материал, полученный с использованием электронно-лучевого напыления из активной газовой фазы, продемонстрировал более выраженный антимикробный потенциал (АМР) в отношении протестированных штаммов Staphylococcus aureus по сравнению с материалом, полученным путем импрегнирования wet chemistry из раствора в вакууме.Заключение. Разработан инструментальный метод с оптической детекцией для количественной оценки антимикробного потенциала нетканых материалов. Обоснован критериально значимый маркер Ts (время достижения популяцией микроорганизмов стационарной фазы развития в периодической системе культивирования), предложена дискретная шкала оценки антимикробного потенциала.

Objective. To optimize the parameters for testing the antimicrobial activity of modified non-woven materials used for the production of medical masks against sanitary-indicative microorganisms and to quantify their antimicrobial potential using a method with optical detection.Materials and methods. The antimicrobial potential was assessed by simulating a direct contact of the material with antimicrobial impregnation under in vitro conditions by the method with optical detection based on the proposed marker Ts – the time it takes for a population of microorganisms to reach the stationary phase of development under conditions of periodic cultivation. The antimicrobial potential was calculated according to the proposed formula and evaluated in accordance with a reasonable quantitative scale.Results. In laboratory conditions, the parameters for testing the antimicrobial activity of nonwoven materials with antimicrobial treatment with zinc oxide - ZnO - using an instrumental method with optical detection have been optimized. It was found that the sample obtained using electron beam spraying from the active gas phase demonstrated more pronounced antimicrobial potential of AMP against the tested strains of Staphylococcus aureus compared with the sample obtained by wet chemistry impregnation from a solution in vacuum.Conclusion. An instrumental method with optical detection for quantitive assessment of the antimicrobial potential of nonwoven materials has been developed. The criterion-significant marker Ts (the time it takes a population of microorganisms to reach the stationary phase of development in a periodic culture system) has been substantiated, and a discrete scale for assessing the antimicrobial potential has been proposed.

маски медицинскиетест-штаммытестированиеантимикробный потенциалмаркерыкритериальная шкалаоптические параметрыmedical maskstest strainstestingantimicrobial potentialmarkerscriteria scaleoptical parametersРабота выполнена в рамках научно-исследовательской работы «Провести моделирование и разработать методику оценки антимикробного потенциала нетканых полимерных материалов, модифицированных органическими и полимер-неорганическими покрытиями», договор с ГНУ «Институт химии новых материалов НАН Беларуси» от 01.12.2021 г. №Х21УЗБГ-030/01, в рамках задания «Создание модифицированных органическими и полимер-неорганическими покрытиями волокнистых материалов различного функционального назначения» по договору от 15.11.2021 г. №Х21УЗБГ-030 с БРФФИ ГКНТ-Узбекистан № ГР 20220004 от 05.01.2022 г.This work was performed within the framework of the research work "To carry out modelling and to develop a method for assessing antimicrobial potential of nonwoven polymer materials modified with organic and polymerinorganic coatings", agreement with the Institute of Chemistry New Materials of the NAS of Belarus dated 01.12.2021 No.H21UZBG-030/01 within the task "Development of fiber materials of different functional purpose modified with organic and polymer-inorganic coatings" as per agreement dated 15.11.2021 No.H21UZBG-030/01, supported by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research and the State Committee on Science and Technology of the Republic of Belarus, with Uzbekistan No.GR 20220004 dated 05.01.2022.ReferencesFeng S, Shen C, Xia N, Song W, Fan M, Cowling BJ. Rational use of face masks in the COVID-19 pandemic. Lancet Respir Med. 2020;(8):434-436. DOI: https://doi.org/10.1016/S2213-2600(20)30134-XFeng S, Shen C, Xia N, Song W, Fan M, Cowling BJ. Rational use of face masks in the COVID-19 pandemic. Lancet Respir Med. 2020;(8):434-436. DOI: https://doi.org/10.1016/S2213-2600(20)30134-XTcharkhtchi A, Abbasnezhad N, Zarbini Seydani M, Zirak N, Farzaneh S, Shirinbayan M. An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration. Bioactive Materials. 2021;(6):106-122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.08.002Tcharkhtchi A, Abbasnezhad N, Zarbini Seydani M, Zirak N, Farzaneh S, Shirinbayan M. An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration. Bioactive Materials. 2021;(6):106-122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.08.002Manohar P, Loh B, Nachimuthu R, Hua X, Welburn SC, Leptihn S. Secondary bacterial infections in patients with viral pneumonia. Front Med. 2020;(7):420. DOI: https://doi.org/10.3389/fmed.2020.00420Manohar P, Loh B, Nachimuthu R, Hua X, Welburn SC, Leptihn S. Secondary bacterial infections in patients with viral pneumonia. Front Med. 2020;(7):420. DOI: https://doi.org/10.3389/fmed.2020.00420Valdez-Salas B, Beltran-Partida E, Cheng N, Salvador-Carlos J, Valdez-Salas EA, Curiel-Alvarez M et al. Promotion of Surgical Masks Antimicrobial Activity by Disinfection and Impregnation with Disinfectant Silver Nanoparticles. Int J of Nanomedicine. 2021;(16):2689-2702. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S301212Valdez-Salas B, Beltran-Partida E, Cheng N, Salvador-Carlos J, Valdez-Salas EA, Curiel-Alvarez M et al. Promotion of Surgical Masks Antimicrobial Activity by Disinfection and Impregnation with Disinfectant Silver Nanoparticles. Int J of Nanomedicine. 2021;(16):2689-2702. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S301212Li Y, Leung P, Yao L, Song QW, Newton E. Antimicrobial effect of surgical masks coated with nanoparticles. J Hosp. Infect. 2006;62(1):58-63. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhin.2005.04.015Li Y, Leung P, Yao L, Song QW, Newton E. Antimicrobial effect of surgical masks coated with nanoparticles. J Hosp Infect. 2006;62(1):58-63. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhin.2005.04.015Lee-Yae Tan, Lee Tin Sin, Soo-Tueen Bee. A review of antimicrobial fabric containing nanostructures metal-based compound. J Vinyl Addit Technol. 2019;(25):E3-E27. DOI: https://doi.org/10.1002/vnl.21606Lee-Yae Tan, Lee Tin Sin, Soo-Tueen Bee. A review of antimicrobial fabric containing nanostructures metal-based compound. J Vinyl Addit Technol. 2019;(25):E3-E27. DOI: https://doi.org/10.1002/vnl.21606Roman LE, Gomez ED, Solis JL, Gomez MM. Antibacterial Cotton Fabric Functionalized with Copper Oxide Nanoparticles. Molecules. 2020;25(24):1-21. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25245802Roman LE, Gomez ED, Solis JL, Gomez MM. Antibacterial Cotton Fabric Functionalized with Copper Oxide Nanoparticles. Molecules. 2020;25(24):1-21. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25245802Tiwari V, Mishra N, Gadani K, Solanki PS, Shah NA, Tiwari M. Mechanism of Anti-bacterial Activity of Zinc Oxide Nanoparticle Against Carbapenem-Resistant Acinetobacter baumannii. Front Microbiol. 2018 Jun 6;9:1218. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01218Tiwari V, Mishra N, Gadani K, Solanki PS, Shah NA, Tiwari M. Mechanism of Anti-bacterial Activity of Zinc Oxide Nanoparticle Against Carbapenem-Resistant Acinetobacter baumannii. Front Microbiol. 2018 Jun 6;9:1218. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01218Gudkov SV, Burmistrov DE, Serov DA, Rebezov MB, Semenova AA, Lisitsyn AB. A Mini Review of Antibacterial Properties of ZnO Nanoparticles. Front. Phys. 2021. DOI: https://doi.org/10.3389/fphy.2021.641481Gudkov SV, Burmistrov DE, Serov DA, Rebezov MB, Semenova AA, Lisitsyn AB. A Mini Review of Antibacterial Properties of ZnO Nanoparticles. Front. Phys. 2021. DOI: https://doi.org/10.3389/fphy.2021.641481Gayathri Pullangott, Uthradevi Kannan, Gayathri S, Degala Venkata Kiran, Shihabudheen M. Maliyekkal. A comprehensive review on antimicrobial face masks: an emerging weapon in fighting pandemics (Review Article). RSC. Adv. 2021;(11):6544-6576. DOI: https://doi.org/10.1039/D0RA10009AGayathri Pullangott, Uthradevi Kannan, Gayathri S, Degala Venkata Kiran, Shihabudheen M. Maliyekkal. A comprehensive review on antimicrobial face masks: an emerging weapon in fighting pandemics (Review Article). RSC. Adv. 2021;(11):6544-6576. DOI: https://doi.org/10.1039/D0RA10009AJiang L, Wang F, Han F, Prinyawiwatkul W, No H K, Ge B. Evaluation of diffusion and dilution methods to determine the antimicrobial activity of water-soluble chitosan derivatives. J Appl Microbiol. 2013;114(4):956-963. DOI: https://doi.org/10.1111/jam.12111Jiang L, Wang F, Han F, Prinyawiwatkul W, No H K, Ge B. Evaluation of diffusion and dilution methods to determine the antimicrobial activity of water-soluble chitosan derivatives. J Appl Microbiol. 2013;114(4):956-963. DOI: https://doi.org/10.1111/jam.12111ГОСТ ISO/IEC 17025-2019. Межгосударственный стандарт. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий. Введ. 01.09.2019. Москва: Изд-во стандартов; 2019. 26 с.GOST ISO/IEC 17025-2019. Interstate standard. General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. Input. 09.01.2019. Moscow: Publishing House of Standards; 2019. 26 p. (In Russ.).Сычик СИ, Дудчик НВ, Емельянова ОА, Жабровская АИ, Табелева НН, Бруй ГН и др. Оценка эффективности технологии дезинфекции средств индивидуальной защиты на основе генерирования аэрозолей кислородактивных соединений. В: Коронавирусная инфекция 2021: фундаментальные, клинические и эпидемиологические аспекты: сб. науч. материалов Респ. Межведомств. рабочей группы по преодолению COVID-19. Минск: Беларуская навука; 2021. с. 182-195.Sychik SI, Dudchik NV, Emelyanova OA, Zhabrovskaya AI, Tabeleva NN, Brui GN. Evaluation of the effectiveness of technologies for disinfection of personal protective equipment based on the generation of aerosols of oxygen-active compounds. In: Coronavirus infection 2021: fundamental, introductory and epidemiological aspects: Sat. scientific Rep materials. Interdepartmental. working group on combating COVID-19: under the general. Minsk; 2021. p. 182-195. (In Russ.).Dudchik NV, Sychik SI, Shevlyakov VV. Prokaryotic test models for environmental ecotoxicological research: prospects and classification (review). Theor Appl Ecol.2018;4(4):5-12. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2018-4-005-012Dudchik NV, Sychik SI, Shevlyakov VV. Prokaryotic test models for environmental ecotoxicological research: prospects and classification (review). Theor. Appl. Ecol. 2018;4(4):5-12. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2018-4-005-012Дудчик НВ. Изучение свойств консорциума почвенных микроорганизмов как тест-объектов для оценки интегральной токсичности. Гигиена и санитария. 2012;91(5):82-84.Dudchik NV. Study of the properties of a consortium of soil microorganisms as test objects for assessing the integral toxicity. Hygiene and sanitation. 2012;91(5):82-84. (In Russ.).Дудчик НВ, Щербинская ИП, Трейлиб ВВ, Янецкая СА, Будкина ЕА, Шедикова ОЕ. Оценка цитотоксического действия солей свинца с использованием ферментных тест-систем. Здравоохранение. 2010;(11):45.Dudchik NV, Shcherbinskaya IP, Treilib VV, Yanetskaya SA, Budkina EA, Shedikova OE. Evaluation of the cytotoxic effect of lead salts using enzyme test systems. Healthcare. 2010;(11):45. (In Russ.).Дудчик НВ, Шевляков ВВ. Антимикробные свойства биологически активных веществ растений и методы их оценки. Минск: РИВШ; 2014. 166 с.Dudchik NV, Shevlyakov VV. Antimicrobial properties of biologically active substances of plants and methods for their evaluation. Minsk; 2014. 166 p. (In Russ.).Методы общей бактериологии. В 3 т. Под ред. Ф. Герхардта [и др.]; пер. с англ. под ред. ЕН Кондратьевой, ЛВ Калакуцкого. Москва; 1984. Т. 3.Methods of general bacteriology. In 3 vol. Ed. F. Gerhardt [and others]; per. from English. ed. EN. Kondratieva, LV Kalakutsky. Moskow; 1984. Vol. 3. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.