Etapa III. Optimizarea procesului de depunere in plasma de presiune atmosferica a acoperirilor multistrat pentru obținerea de materiale medicale antibacteriene si participare la scalarea sistemului cu plasma pentru operare continua in sistem rola-tambur
Obiective. Prezenta etapa a avut drept obiective studiul proprietăților de umectabilitate ale materialelor textile tratate cu plasma in diferite condiții, obținerea unui sistem cu plasma compatibil cu procesarea unor suprafețe mari, de 65 cm latime, precum si demonstrarea posibilității de a realiza un sistem de tratare a materialelor in flux continuu, prin integrarea sursei de plasma intr-o instalație rola-tambur.
Rezultate obtinute
Etapa prezenta cuprinde lucrări privind: i) procesul de obținere de acoperiri antimicrobiene in condiții optimizate si ii) lucrări dedicate extinderii acestui proces dincolo de sfera laboratorului, la nivel semiindustrial.
i) In legătura cu lucrările dedicate procesului de obtinere de acoperiri antimicrobiene, au fost investigate structuri cu diferite tipuri de agenti antimicrobieni (nanoparticule Ag, Cu, ZnO) și grade diferite de încărcare a materilaelor cu aceste NP, a fost investigat efectul grosimii stratului barieră (0, 5, 10 nm) de la suprafata structurii și a fost evaluată necesitatea prezentei stratului buffer SiOC (0 vs 200 nm). Rezultatele privind valorile unghiurilor de contact relevă dependența de tipul agentului actiuv si grosimea stratului barieră, majoritatea materialelor obținute prezentând un caracter hidrofob. Am dovedit posibilitatea acoperirii uniforme a fibrelor materialului textil cu NP active biologic (Figura 1a) și tunarea cantității de material vizibilă la suprafată prin modificarea numărului de treceri de sprayere și a grosimii barierei (Figura 1b). Aceasta se corelează în mod fericit cu concentratiile de ioni metalici eliberati in solutie – Figura 1c), (rezultati din masuratori ICP-MS) care sunt responsabili de mecanismul de producere a efectului antimicrobian.
Într-adevăr, în urma optimizărilor realizate, s-a obținut un efect de îmbunătățire a activității antibacteriene cu un factor de pană la log 4 pentru Staphylococus aureus si respectiv de pana la log 5 pentru Escherichia coli, cu posibilitatea tunării grosiere prin cantitatea de agent actiuv si a tunării fine prin grosimea stratului barieră. Activitatea antibacteriană cea mai importantă o prezintă materialale cu ZnO NP ca agent activ.
ii) In ceea ce privește utilizarea plasmelor de presiune atmosferica la procesarea suprafețelor la nivel semiindustrial, obstacolul majore in este scalarea la dimensiuni mari a surselor de plasma pentru a acționa pe arii mari. In cursul lucrărilor au fost identificate soluții pentru rezolvarea problemei scalarii care au condus la realizarea unei surse de plasma liniare, de lățime 65 cm, care funcționează stabil in regim de plasma rece (Fig. 2a).
|
Figura 2. a) Sursa de plasma liniara cu zona activa de 65 cm adecvata procesării suprafețelor pe arie larga, si b) sistem de procesare cu plasma in regim continuu pentru aplicarea de straturi antimicrobiene pe materiale textile
|
Sursa de plasma realizata este compatibila cu funcționarea in regim continuu si a fost integrata intr-un sistem de tratare a textilelor (Fig. 2b). Sistemul a fost testat la partenerul economic al proiectului Davo SRL.
Concluzii
i) A fost implementat un sistem complex de fabricare cu plasma de presiune atmosferica a acoperirilor antimicrobiene pe textile, care permite controlul individual al fiecărei componente (strat buffer, strat activ, strat bariera);
ii) Au fost realizate si testate din punct de vedere fizico-chimic si antimicrobian materiale polimerice textile acoperite cu straturi subtiri multiple, variind : a) natura si concentrația agentului activ biologic: nanoparticule de Ag, Cu , ZnO, dovedind că în cazul scanărilor multiple se îmbunătățesc proprietățile antimicrobiene; eficiența maximă a fost obținută pentru NP ZnO; b) grosimea stratului bariera (HMDSO-like-SiOC) care s-a dovedit ca este eficient in controlul ratei de eliberare a agentului activ și modificarea fină a activității antimicrobiene; c) prezenta stratului buffer are efect pozitiv asupra controlului prevenind eliberarea necontrolată pe spatele țesăturii, iar absența acestuia conduce la eficiență antibacteriană pentru încărcări mai mici cu agent activ;
iii) A fost realizată și testată o sursă de plasma rece la presiune atmosferică adecvata pentru tratarea materialelor textile pe suprafețe mari, de pana la 65 cm lățime.
iv) Sursa de plasma a fost integrata într-o linie de tratament al materialelor textile in flux continuu si a fost demonstrata funcționalitatea sistemului in condiții semi-industriale.
Participari la intruniri de proiect
În perioada 5-6 februarie 2018 a avut loc o intalnire de proiect la Gent, Belgia. Întâlnirea a fost organizata de catre partenerul industrial CENTEXBEL si a fost dedicata examinarii stadiului lucrarilor. A fost discutat progresul proiectului iar partenerul INFLPR a prezentat prelegerea” Atmospheric pressure plasma deposition of antibacterial nanocomposites”, autori G. Dinescu, B. Mitu, E.R. Ionita, M.D. Ionita, V. Satulu, M. Modic. Cu ocazia întrunirii a fost organizata și o vizita de lucru la Centrul pentru cercetarea textilelor Centexbel, Belgia.
În perioada 2-5 septembrie a avut loc o întâlnire de proiect la Guimaraes, Portugalia. Intrunirea a fost organizata de partenerul Universitatea Minho, Din partea partenerului roman INFLPR au fost prezentate doua prelegeri, astfel i) Prelegerea Upscaling of the plasma source and integration in a roll-to-roll setup autori G. Dinescu, C. Stancu, M. Teodorescu, T. Acsente si B. Mitu a fost prezentată de Dr. G. Dinescu. ii) Prelegerea Polymeric textiles with controlled release of antimicrobial agents obtained by atmospheric pressure plasma deposition , autori G. Dinescu, B. Mitu, V. Satulu, M. Modic, E.R. Ionita, M.D. Ionita, M. De Vrieze a fost prezentata de Dr. B. Mitu. Cu ocazia întrunirii a fost organizata o vizita de lucru la Centrul pentru cercetarea textilelor de la Universitatea Minho, Portugalia
Vizitele de lucru au prilejuit experimente demonstrative. În urma schimburilor de bună practică au rezultat propuneri de experimente în comun și abordări științifice noi. S-au creat bazele includerii grupului de cercetare din INFLPR la alte proiecte.
