УДК 577.344.3

Шмелева В.А., Белов Д.В., Калинина А.А., Соколова Т.Н., Грабовский Е.А.

ВЛИЯНИЕ ФОТОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА БАКТЕРИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ КРЕМНИЯ. СОЗДАНИЕ БИОСЕНСОРОВ НА ЕГО ОСНОВЕ.

ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева

This work is on the effect of photon irradiation on the bactericidal properties of silicon surfaces and the identification of biocompatible properties.

Keywords: surface of silicon; photon irradiation of Si/SiO₂ surfaces; bactericidal; biocompatibility.

Эта работа о влиянии фотонного облучения на бактерицидные свойства поверхностей кремния и выявлении биосовместимых свойств.

Ключевые слова: поверхность кремния; фотонное облучение поверхностей Si/SiO₂; бактерицидность; биосовместимость.

Цель работы: выявление бактерицидных свойств поверхности кремния с естественным оксидом, ювенильной поверхности кремния и интерфейса Si_s – SiO₂. Влияние фотонного облучения на изменение физико-химических характеристик поверхности изучаемого материала с целью приобретения им биосовместимых свойств.

Основным аспектом проведенных исследований явилось установление роли поверхностных форм кислорода и специфически адсорбированной на поверхности кремния воды в жизнедеятельности бактериальной культуры E. coli 321-5.  

Нами были исследованы образцы кремния марки КДБ-20 толщиной 200, 300, 400, 600 мкм на наличие бактерицидных свойств реальной поверхности. В случае необлученных образцов кремния бактерицидный эффект в среднем составил 23%. Облучение полупроводниковым лазером усиливало бактерицидный эффект поверхности кремния. Для образцов облученного кремния бактерицидный эффект был равен  25%. Однако при облучении лазером образцов кремния толщиной 300 мкм, бактерицидный эффект составлял 70%. Это проявилось в снижении колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий по сравнению с контролем. Контролем в этом случае явилось КОЕ бактерий, выращенных на плотной питательной среде. Бактерицидный эффект, в целом, можно объяснить образованием на поверхности кремния структур, содержащих хемосорбированные активные формы кислорода и воды.

Для подтверждения гипотезы об определяющем влиянии поверхностных АФК в гибели бактерий на изучаемых поверхностях, была определена бактерицидность поверхностей кремния без слоя естественного оксида. Влияние формирования поверхностной оксидной пленки на ее бактерицидность рассматривалось в динамике в течение 300 минут. В ходе данного эксперимента выяснилось, что процесс формирования поверхностного оксидного слоя происходит поэтапно. Вероятно, каждому этапу соответствует своя структура поверхностных адсорбционных образований, формируемых на изучаемой поверхности.

Гипотеза о формировании поверхностных кислородных комплексов подтвердилась также данными по взаимодействию специфического реагента на АФК, в частности , – нитросинего тетразолия хлорида (НСТ). В ходе эксперимента наблюдали изменение окраски регента на поверхности изучаемых образцов. Это свидетельствовало о том, что на поверхности формируются кислородные комплексы, восстанавливающие НСТ до окрашенного формазана.

Из экспериментальных данных следует, что при естественном формировании оксидной пленки на поверхности кремния на 100 и 160 минутах экспозиции бактерицидный эффект поверхности минимальный. Данный факт можно рассматривать в дальнейшем в рамках биосовместимости материала и создания на его основе биосенсоров.