Биоповреждения полимерных материалов

* на объект техники -- рациональное конструирование, препятствующее возникновению и развитию микробиологических повреждений, очистка объекта от способствующих развитию микроорганизмов загрязнений;

* комплексное -- различное сочетание приведенных выше групп. 

Существующие средства и методы защиты могут быть классифицированы с учетом их воздействия на процессы взаимодействия микроорганизмов с материалом, приводящие к повреждению последнего. Защита может производиться на каждом из приведенных в разделе 2-х этапов этого процесса.

На этапе распространения и переноса микроорганизмов защиту можно осуществлять: выбором районов эксплуатации, минимизирующих возможность заражения объекта микроорганизмами-деструкторами; стерилизацией воздушных потоков; изоляцией (частичной или полной) объекта от заражения микроорганизмами.

Адгезия может регулироваться: изменением гидрофильно-гидрофобного баланса и водопоглощения; ингибированием клеточных процессов продуцирования метаболитов-адгезивов; изменением шероховатости поверхности и условий внешней среды, минимизирующим силы адгезии.

Интенсивность микробиологического ростового процесса снижается: уменьшением содержания в материале компонентов, используемых микроорганизмами в качестве источника питания, уменьшением влагопоглощения и гидрофильности материала, введением в состав материалов веществ, ингибирующих процессы обмена веществ в клетке (биоцидов), созданием неблагоприятных для роста микроорганизмов условий внешней среды.

Эффект изменения свойств материала под воздействием микроорганизмов регулируется: изменением структуры материала (увеличением степени кристалличности и ориентации полимеров, сшиванием макромолекул с образованием сетчатых структур), изменением химического строения (введением в макромолекулы полимеров заместителей, стерически затрудняющих подход агрессивных метаболитов к химически нестойким связям, изменением состава материала (введением минеральных наполнителей, способных диффундировать к поверхности и создавать на границе раздела защитный слой, модификацией поверхности материала формированием на ней изолирующего слоя (слоев) с другими физико-химическими свойствами, стойкого к метаболитам, изменением характера напряженного состояния поверхностных слоев материала, детали, изделия, например, созданием остаточных напряжений сжатия, препятствующих облегчению растрескивания материала в присутствии метаболитов, изменением условий внешней среды в целях минимизации скоростей протекания сорбционных, химических (электрохимических) процессов.

Указанные общие направления защиты могут быть реализованы путем создания и использования микробиологически стойких материалов и конструкций, специальных средств и методов защиты, а также корректировкой условий эксплуатации и технического обслуживания изделий, препятствующей процессам микробиологического повреждения.

Оценка эффективности разработанных мероприятий осуществляется путем моделирования и прогнозирования их влияния на микробиологическую стойкость объекта. О достаточности какого либо мероприятия свидетельствует выполнение условий т(τ) < тдоп или П(т) < Пдоп.

Следует подчеркнуть, что проведение рассмотренных выше этапов исследований основывается на поступающих данных о микробиологической стойкости материалов, изделий, средств и методов защиты и прогнозе ее изменения в условиях эксплуатации объекта техники. В случае отсутствия указанных данных их получают путем выполнения комплекса испытаний в лабораторных и (или) натурных условиях.

Таким образом, имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о том, что состав, биосинтетические свойства микроорганизмов-деструкторов, их способность развиваться на материалах техники и вызывать повреждения изделий изучены достаточно полно. Вместе с тем используемые средства и методы защиты, а также общий подход к их разработке не редко оказываются малоэффективными. Успешное решение проблемы во многом связано с развитием представлений о природе реального процесса микробиологического повреждения материалов и наличием объективной количественной информации о закономерностях его возникновения и протекания.

Однако в настоящее время механизм биоповреждения рассматривается, как правило, с позиции биохимических превращений материала, вызываемых биодеструктором и обеспечивающих возможность его (материала) ассимиляции этим биодеструктором в качестве источника питательных веществ. Количественные данные об этом процессе практически отсутствуют. Не исследованы начальные, предшествующие собственно повреждению, взаимодействия материала с присутствующими во внешней среде микроорганизмами. Невыясненным остается вопрос о причинах изменения свойств материалов под воздействием биодеструкторов, роль в этих изменениях продуцируемых микроорганизмами соединений (метаболитов) и других (не биологических) факторов внешней среды.

Проведенный анализ современного состояния работ по проблеме позволяет сделать вывод о перспективности применения в исследованиях реального процесса микробиологического повреждения материалов формально-кинетических представлений о его механизме. Такие представления предполагают рассмотрение изучаемого процесса как совокупности ряда этапов, протекание каждого из которых подчиняется отражающими его механизм кинетическому закону и аналитической модели.

Имеющиеся в литературе сведения позволяют предполагать, что процесс биоповреждения может быть представлен состоящим из трех основных этапов -- взаимодействий материала с микроорганизмом:

1 -- закрепления (адгезии),

2 -- роста биодеструктора на материале,

3 -- изменения свойств последнего.

При этом исследования природы и количественных закономерностей каждого из этих этапов целесообразно проводить с помощью хорошо разработанных представлений и методических подходов, используемых при изучении соответствующих взаимодействий такими научными дисциплинами, как атмосферная, почвенная, медицинская микробиология, адгезия мелкодисперсных частиц, химическая стойкость материалов.