Ανάπτυξη πολυμερικών υλικών με πιθανή βιοστατική δράση
Loading...
Date
Authors
Στρατιδάκης, Αντώνιος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ανάπτυξη θαλάσσιων βιοαποθέσεων στην επιφάνεια διχτυών υδατοκαλλιέργειας αποτελεί ένα πολύ ουσιαστικό πρόβλημα με σημαντικότατες οικονομικές και οικολογικές συνέπειες. Μέχρι πριν λίγα χρόνια τα βιοστατικά υλικά που χρησιμοποιούνταν για την προστασία των επιφανειών των διχτυών υδατοκαλλιέργειας από μικροοργανισμούς βασίζονταν σε ενώσεις του κασσιτέρου (ΤΒΤs) και άλλες βιοστατικές ενώσεις. Χρησιμοποιώντας ΤΒΤs επιτυγχάνεται ταυτόχρονα και η λειτουργία αυτοκαθαρισμού (self-polishing), καθώς η πολυμερική μήτρα που φέρει το βιοστατικό υλικό μετατρέπεται σταδιακά σε υδατοδιαλυτή και απομακρύνεται ομοιόμορφα από την επιφάνεια του διχτυού. Ωστόσο, η επιστημονική κοινότητα που ασχολείται με το συγκεκριμένο πρόβλημα, ανταποκρινόμενη στις απαιτήσεις της προστασίας του περιβάλλοντος, προέτρεψε στην απαγόρευση της εφαρμογής οργανοκασσιτερικών χημικών ενώσεων από τον Ιανουάριο του 2008, λόγω της υψηλής τοξικότητας του κασσιτέρου. Για το λόγο αυτό αναπτύσσεται διεθνώς έντονη δραστηριότητα, τόσο σε επίπεδο βασικής ακαδημαϊκής έρευνας όσο και σε επίπεδο εφαρμοσμένης βιομηχανικής έρευνας, για την ανάπτυξη λιγότερο επιβλαβών για το περιβάλλον βιοστατικών υλικών που αντιμετωπίζουν αποτελεσματικά το πρόβλημα των θαλάσσιων βιοαποθέσεων στην επιφάνεια των διχτυών υδατοκαλλιέργειας, μέσα από διάφορες προσεγγίσεις.
Στα πλαίσια αυτών των προβληματισμών, η παρούσα εργασία είχε ως στόχο τη διερεύνηση της δυνατότητας ανάπτυξης πολυμερικών υλικών, τα οποία θα φέρουν εναλλακτικές βιοστατικές ενώσεις, όπως τα ιόντα του δισθενούς χαλκού, Cu2+, αλλά και κατιοντικές ή ανιοντικές επιφανειοδραστικές ενώσεις. Οι δύο κατηγορίες βιοστατικών ουσιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανεξάρτητα ή σε συνδυασμό, κάνοντας πιθανή την εμφάνιση συνεργιστικών συμπεριφορών. Στόχος λοιπόν είναι να διερευνηθούν ομοιοπολικοί και μη ομοιοπολικοί τρόποι δέσμευσης των βιοστατικών ενώσεων με απώτερο σκοπό τη σταδιακή απελευθέρωσή όταν αυτές έρχονται σε επαφή με το θαλασσινό νερό και το πολυμερικό υλικό να καθίσταται σταδιακά υδατοδιαλυτό. Σε μερικές περιπτώσεις γίνεται χρήση εμπορικών μητρών με στόχο όσο το δυνατό περισσότερο τη βραδεία αποδέσμευση των βιοστατικών ενώσεων.
Για την εισαγωγή των ιόντων Cu2+ διερευνήθηκαν δύο εναλλακτικές δυνατότητες: α) ηλεκτροστατική δέσμευση, όπου τα ιόντα Cu2+ αποτελούν τα αντισταθμστικά ιόντα ενός ισχυρού πολυηλεκτρολύτη που φέρει σουλφονικές ομάδες όπως το στυρενοσουλφονικό νάτριο (SSNa) και β) σχηματισμός συμπλόκων ένταξης (coordination) μεταξύ των ιόντων Cu2+ και πολυμερών που φέρουν καρβοξυλικές ομάδες, όπως το μηλεϊνικό οξύ στη μετά νατρίου άλατος μορφή του (ΜΑNa). Έτσι, για τις μελέτες αυτές χρησιμοποιήθηκαν συμπολυμερή του SSNa με το MAΝa, της γενικής μορφής P(SSNa-co-MANa).
Σε μία εναλλακτική προσέγγιση παρασκευάστηκαν και συμπολυμερή P(VBCHAM-co-VBCTEAM) που έφεραν ομοιοπολικά δεσμευμένη τη βιοστατική ομάδα χλωριούχο βινυλοβενζυλο διμεθυλο τριμεθυλαμμώνιο (VBCHAM), σε συνδυασμό με υδρόφιλες κατιοντικές μονάδες (χλωριούχο βινυλοβενζυλτριμεθυλαμμώνιο, VBCTEAM). Τα νέα αυτά υλικά χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού 1Η NMR, φασματοσκοπία υπερύθρου ATR-IR και χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών SEC. Για τη φυσικοχημική τους μελέτη, εφαρμόστηκαν οι τεχνικές “Ιχνηθέτησης με φθορίζοντες ιχνηθέτες”, “Φασματοφωτομετρία UV-Vis” και “Ιξωδομετρία”.
Και στις δύο περιπτώσεις εισήχθησαν και επιφανειοδραστικές ενώσεις σε διάφορα ποσοστά, ώστε να διερευνηθεί τυχόν συνεργιστική δράση και να ελεγχθεί η διαλυτότητα στο νερό. Όσον αφορά στις επιφανειοδραστικές ενώσεις, η επιλογή ανιοντικής ή κατιοντικής έγινε με βάση το φορτίο του πολυηλεκτρολύτη που χρησιμοποιήθηκε. Στην περίπτωση των κατιοντικών πολυηλεκτρολυτών P(VBCHAM-co-VBCTEAM) χρησιμοποιήθηκε η ανιοντική επιφανειοδραστική ένωση SDS (δωδεκυλοθειϊκό νάτριο), ενώ στην περίπτωση των ανιοντικών πολυηλεκτρολυτών P(SSNa-co-MANa) χρησιμοποιήθηκε η κατιοντική επιφανειοδραστική ένωση CTAB (βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο). Για τη δέσμευσή τους από τα πολυμερή εκμεταλλευτήκαμε τη γνωστή ιδιότητα σχηματισμού δυσδιάλυτων στο νερό “συμπλόκων” ηλεκτροστατικής φύσης με τους αντίθετα φορτισμένουν πολυηλεκτρολύτες. Στα πολυμερικά βιοστατικά υλικά με βάση τα συμπολυμερή P(SSNa-co-MANa) έγινε περαιτέρω χαρακτηρισμός με την τεχνική της “Φασματοσκοπίας υπερύθρου” και για τη φυσικοχημική τους μελέτη εφαρμόστηκε η τεχνική της “Φασματοφωτομετρία UV-Vis”.
Για τη μελέτη της βιοστατικής δράσης και των δύο παραπάνω τύπων πολυμερικών υλικών, παρασκευάστηκαν διαλύματα των πολυμερικών υλικών παρουσία εμπορικών μητρών χρωμάτων, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την επικάλυψη διχτυών υδατοκαλλιέργειας. Αυτά μελετήθηκαν είτε σε πραγματικό θαλάσσιο περιβάλλον (σε συνεργασία με την εταιρία “SELODA”) είτε σε συνθήκες επιταχυνόμενης βιοσυσσώρευσης μέσα σε φωτιζόμενα ενυδρεία (με τη βοήθεια συνεργατών από το Τ.Ε.Ι. Δυτικής Ελλάδας). Επιπλέον, έγινε μελέτη της βιοστατικής δράσης των υλικών αυτών σε συνεργασία με τον τομέα “Κλινικών Εργαστηρίων” του Τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών.
Description
Keywords
Υδατοδιαλυτά πολυμερή, Αμφίφιλα πολυμερή, Υδρόφοβα τροποποιημένα πολυμερή, Βιοστατική δράση, Κατιοντικοί πολυηλεκτρολύτες, Ανιοντικοί πολυηλεκτρολύτες, Επιφανειοδραστικές ενώσεις, Ιόντα δισθενούς χαλκού, Δίχτυα υδατοκαλλιεργειών