В последние годы получило широкое распространение использование в устройствах для очистки воды наноструктурированных материалов (НСМ), имеющих ряд преимуществ по сравнению с известными материалами, в т.ч. большую активную площадь. Использование НСМ создает благоприятные предпосылки для эффективного решения задач по очистке питьевой воды, сточных вод от химических и биологических загрязнителей. Наиболее часто с целью фотокаталитической очистки применяются соединения диоксида титана. Такие работы проводятся и в Республике Беларусь, так в УО «БГУИР» создан ряд опытных образцов НСМ на основе оксидов титана.

В то же время для использования разработок в конкретных целях (например, в питьевом водоснабжении), их промышленного освоения необходимы исследования, позволяющие оценить эффективность очистки воды с использованием разработанных материалов (в различных модификациях) по отношению к приоритетным загрязнениям воды (химическим, микробиологическим), а также провести их анализ на предмет безопасности для здоровья человека. При этом необходимо учитывать степень эффективности различных модификаций материалов, оптимальное соотношение времени контакта и площади поверхности материала, контактирующей с водой, а также отсутствие (минимальное) отрицательного воздействия на свойства воды.

С целью определения возможности использования разработок в водоснабжении и их последующего промышленного освоения в Научно-практическом центре гигиены в рамках ГПНИ «Конвергенция» (2014-2015) выполнены исследования, целью которых являлась разработка метода изучения потенциальных антимикробных свойств наноматериалов и выдача рекомендаций по использованию опытных образцов модельных устройств на основе НСМ, созданных УО «БГУИР», в питьевом водоснабжении на основе оценки с использованием данного метода.

Проведена серия модельных экспериментов по изучению 25 образцов НСМ на основе диоксида титана, отличающихся способами получения, подложкой (диоксид титана на титановой, медной, алюминиевой фольге различной толщины, медной сетке, стекле).

В рамках выполнения НИР изучалась антимикробная токсичность наноструктурированных TiO₂ материалов в эксперименте, моделирующем прямой контакт образцов с суспензией микроорганизмов в физиологическом растворе с использованием 2 целевых концентраций: 2 Lg КОЕ/мл и 6 Lg КОЕ/мл. Целевые концентрации микроорганизмов были подобраны таким образом, чтобы моделировать:

1) реальные условия - наиболее часто встречающаяся микробная нагрузка в реальных условиях в питьевой воде при аварийных ситуациях на водопроводе (низкая микробная нагрузка - 2 Lg КОЕ/мл);

2) аггравированные условия - методы для количественной оценки с целью изучения антимикробного потенциала наноматериалов для очистки сточных вод (высокая микробная нагрузка - 6 Lg КОЕ/мл).

На основании результатов исследований был разработан подход к количественной оценке антимикробного потенциала наноматериалов. Данный подход экспериментально обоснован и основан на принципе биологического моделирования и предназначен для использования при оценке наноматериалов как потенциальных материалов для водоочистки и водоподготовки.

Стандартными условиями для проведения исследований являются:

- моделирование реальных условий в водоподготовке: прямой контакт наноматериалов с суспензией микроорганизмов в физиологическом растворе, низкая исходная микробная нагрузка - 2 Lg КОЕ/мл;

- 30-минутная экспозиция при условиях фотоактивации видимым светом;

- биологические модели - E. coli и S. aureus.

Для количественной оценки результатов и динамики антимикробной активности мы предложили показатель R_DDS (относительный потенциал), рассчитываемый по следующей формуле:

где Lg0 - десятичный логарифм исходной микробной нагрузки (2);

Lgn - десятичный логарифм микробной нагрузки через 30 мин экспозиции.

Критерии для оценки: 1≥R_DDS>0,7 - выраженный антимикробный потенциал; 0,7≥R_DDS>0,5 - средний антимикробный потенциал; 0,5≥R_DDS>0,3 - незначительный антимикробный потенциал; R_DDS≤0,3 - отсутствие антимикробного потенциала. При R_DDS=1 - тестируемые наноматериалы показали максимально возможный антимикробный потенциал, R_DDS=0 - отсутствие антимикробного потенциала, R_DDS<-0,3 - стимулирующая микроорганизмы активность.