Исследование кинетических характеристик биоцидного воздействия наночастиц оксида меди при климатической деструкции и биокоррозии в экстремальных условиях холодного климата | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2025. № 98. DOI: 10.17223/19988621/98/2

Исследование кинетических характеристик биоцидного воздействия наночастиц оксида меди при климатической деструкции и биокоррозии в экстремальных условиях холодного климата

Исследованы кинетические характеристики биоцидного воздействия наночастиц оксида меди (II) на рост колоний грибов Penicillium chrysogenum в различных температурных условиях. Показано, что повышение концентрации наночастиц замедляет рост колоний микрорганизмов. Разработана математическая модель роста, позволяющая предсказывать динамику роста микроорганизмов при различных концентрациях CuO и температурах T = 4, 15, 28°C. Предложено использование оптимального диапазона концентраций наночастиц (0.10-0.20%) для эффективной защиты полимерных композитов от биоповреждения, особенно в условиях холодного климата и вечной мерзлоты.

Скачать электронную версию публикации

Ключевые слова

полимерные композиционные материалы, моделирование кинетики роста, численность микроорганизмов, биоцидное воздействие, наночастицы оксида меди (ii), концентрация, температура, модель логистического роста, коэффициент детерминации R²

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Бондарчук Иван Сергеевич	Томский государственный университет	инженер лаборатории проблем опасных космических объектов физико-технического факультета	ivanich_91@mail.ru
Герасимчук Анна Леонидовна	Томский государственный университет	заведующая лабораторией промышленной микробиологии Биологического института	gerasimchuk_ann@mail.ru
Глухова Любовь Борисовна	Томский государственный университет	научный сотрудник лаборатории биохимии и молекулярной биологии Биологического института	glb122@yandex.ru
Марченко Екатерина Сергеевна	Томский государственный университет	доктор физико-математических наук, заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов Научного управления	89138641814@mail.ru
Кычкин Айсен Анатольевич	Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр» Сибирского отделения Российской академии наук	кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории композиционных материалов Арктики и Субарктики	icen.kychkin@mail.ru
Кычкин Анатолий Константинович	Институт физико-технических проблем Сибирского отделения Российской академии наук им. В.П. Ларионова Федерального исследовательского центра «Якутский научный центр» Сибирского отделения Российской академии наук	кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела № 40 Материаловедение	kychkinplasma@mail.ru

Всего: 6

Ссылки

Bukvic M., Milojevic S., Gajevic S., Dordevic M., Stojanovic B. Production technologies and application of polymer composites in engineering: A Review // Polymers. 2025. V. 17 (16). Art. 2187. doi: 10.3390/polym17162187.

Wang Y., Ding Y., Yu K., Dong G. Innovative polymer-based composite materials in additive manufacturing: A review of methods, materials, and applications // Polymer composites. 2024. V. 45 (17). P. 15389-15420. doi: 10.1002/pc.28854.

Brebu M. Environmental degradation of plastic composites with natural fillers - A Review // Polymers. 2020. V. 12 (1). Art. 166. doi: 10.3390/polym12010166.

Jawar V. Designing composite materials for extreme environments: Aerospace and beyond // Journal of Nanosciences: Current Research. 2024. V. 9. Art. 261. doi: 10.37421/2572-0813.2024.9.261.

Korku M., Ilhan R., Feyzullahoglu E. Investigation of effects of environmental conditions on wear behaviors of glass fiber reinforced polyester composite materials // Polymer Composites. 2024. V. 46 (1). P. 355-371. doi: 10.1002/pc.28992.

Zhang X., Yin Z., Xiang S., Yan H., Tian H. Degradation of Polymer Materials in the Environ ment and Its Impact on the Health of Experimental Animals: A Review // Polymers. 2024. V. 16 (19). Art. 2807. doi: 10.3390/polym16192807.

Lebedev M.P., Startsev O. V., Kychkin A.K., Polyakov V.V. Effects of cold climates on polymer composite material properties // Procedia Structural Integrity. 2020. V. 30. P. 76-81. doi: 10.1016/j.prostr.2020.12.013.

Lukachevkaya I.G., Lebedev M.P., Struchkov N.F. Effect of the Environment on the Properties of Polymer Composite Materials // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2021. V. 55. P. 1041-1044. doi: 10.1134/S0040579521050109.

Petrov M.G., Lebedev M.P., Startsev O.V., Kopyrin M.M. Effect of Low Temperatures and Moisture on the Strength Performance of Carbon Fiber Reinforced Plastic // Doklady Physical Chemistry. 2021. V. 500. P. 85-91. doi: 10.1134/S0012501621090037.

Startsev O.V., Lebedev M.P., Kychkin A.K. Aging of Basalt Plastics in Open Climatic Conditions // Polymer Science. Series D. 2022. V. 15. P. 101-109. doi: 10.1134/S1995421222010191.

Haktaniyan M., Bradley M. Polymers showing intrinsic antimicrobial activity // Chemical Society Reviews. 2022. V. 51. P. 8584-8611. DOI: 10.1039/D2CS00558A.

Chen A., Peng H., Blakey I., Whittaker A.K. Biocidal Polymers: A Mechanistic Overview // Polymer Reviews. 2016. V. 57 (2). P. 276-310. doi: 10.1080/15583724.2016.1223131.

Glaser J.A. Biological Degradation of Polymers in the Environment // Plastics in the Environment / ed. by. A. Gomiero.IntechOpen, 2019. doi: 10.5772/intechopen.85124. URL: https://www.intechopen.com/chapters/66340.

Olmos D., Gonzalez-Benito J. Polymeric Materials with Antibacterial Activity: A Review // Polymers. 2021. V. 13 (4). Art. 613. doi: 10.3390/polym13040613.

Bryaskova R., Philipova N., Bakov V., Georgiev N. Innovative Antibacterial Polymer Coatings // Applied Sciences. 2025. V. 15 (4). Art. 1780. doi: 10.3390/app15041780.

Santos M.R.E., Fonseca A.C., Mendonca P.V., Branco R., Serra A.C., Morais P. V., Coelho J.F.J. Recent Developments in Antimicrobial Polymers: A Review // Materials. 2016. V. 9 (7). Art. 599. doi: 10.3390/ma9070599.

Starkova O., Gagani A.I., Karl C.W., Rocha I.B.C.M., Burlakovs J., Krauklis A.E. Modelling of Environmental Ageing of Polymers and Polymer Composites-Durability Prediction Methods // Polymers. 2022. V. 14 (5). Art. 907. doi: 10.3390/polym14050907.

Dintcheva N.T. Overview of polymers and biopolymers degradation and stabilization towards sustainability and materials circularity // Polymer. 2024. V. 306. Art. 127136. doi: 10.1016/j.polymer.2024.127136.

Rossetti I., Conte F., Ramis G. Kinetic Modelling of Biodegradability Data of Commercial Polymers Obtained under Aerobic Composting Conditions // Eng. 2021. V. 2 (1). P. 54-68. doi: 10.3390/eng2010005.

Baldera-Moreno Y., Pino V., Farres A., Banerjee A., Gordillo F., Andler R. Biotechnological Aspects and Mathematical Modeling of the Biodegradation of Plastics under Controlled Conditions // Polymers. 2022. V. 14 (3). Art. 375. doi: 10.3390/polym14030375.

Andreia da Silva S., Faccin D.J.L., Cardozo N.S.M. A Kinetic-Based Criterion for Polymer Biodegradability Applicable to Both Accelerated and Standard Long-Term Composting Biodegradation Tests // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2024. V. 12 (32). P. 11856-11865. doi: 10.1021/acssuschemeng.3c03837.

Pedreira A., Vazquez J.A., Garcia M.R. Kinetics of Bacterial Adaptation, Growth, and Death at Didecyldimethylammonium Chloride sub-MIC Concentrations // Frontiers in Microbiology. 2022. V. 13. Art. 758237. doi: 10.3389/fmicb.2022.758237.

Peleg M. Selected challenges to modeling the kinetics of microbial inactivation and chemical reactions during food preservation // Current Opinion in Food Science. 2023. V. 51. Art. 101029. doi: 10.1016/j.cofs.2023.101029.

Peleg M. Modeling the dynamic kinetics of microbial disinfection with dissipating chemical agents - a theoretical investigation // Applied Microbiology and Biotechnology. 2021. V. 105. P. 539-549. doi: 10.1007/s00253-020-11042-8.

Liu M., Bauman L., Nogueira C.L., Aucoin M.G., Anderson W.A., Zhao B. Antimicrobial polymeric composites for high-touch surfaces in healthcare applications // Current Opinion in Biomedical Engineering. 2022. V. 22. Art. 100395. doi: 10.1016/j.cobme.2022.100395.

Sikora P., Augustyniak A., Cendrowski K., Nawrotek P., Mijowska E. Antimicrobial Activity of AkO3, CuO, Fe3O4, and ZnO Nanoparticles in Scope of Their Further Application in Cement-Based Building Materials // Nanomaterials. 2018. V. 8. Art. 212. doi: 10.3390/nano8040212.

Jedrzejczak P., Lawniczak L., Slosarczyk A., Klapiszewski L. Physicomechanical and Antimicrobial Characteristics of Cement Composites with Selected Nano-Sized Oxides and Binary Oxide Systems // Materials. 2022. V. 15. Art. 661. doi: 10.3390/ma15020661.

Slosarczyk A., Klapiszewska I., Parus A., Balicki S., Kornaus K., Gapinski B., Wieczorowski M., Wilk K.A., Jesionowski T., Klapiszewski L. Antimicrobial action and chemical and physical properties of CuO-doped engineered cementitious composites // Scientific Reports. 2023. V. 13. Art. 10404. doi: 10.1038/s41598-023-37673-1.

Styszko K., Kupiec K. The rate of biocide leaching from porous renders // Chemical Engineering Research and Design. 2018. V. 132. P. 69-76. doi: 10.1016/j.cherd.2017.12.047.

Erich S.J.F., Baukh V. Modelling biocide release based on coating properties // Progress in Organic Coatings. 2016. V. 90. P. 171-177. doi: 10.1016/j.porgcoat.2015.10.009.

Zwietering M.H., Jongenburger I., Rombouts F.M., Van’t Riet K. Modeling of the Bacterial Growth Curve // Applied and Environmental Microbiology. 1990. V. 56 (6). P. 1875-1881. doi: 10.1128/aem.56.6.1875-1881.1990.

Gudkov S.V., Burmistrov D.E., Fomina P.A., Validov S.Z., Kozlov V.A. Antibacterial Properties of Copper Oxide Nanoparticles (Review) // International Journal of Molecular Sciences. 2024. V. 25 (21). Art. 11563. doi: 10.3390/ijms252111563.