Oznaczanie właściwości grzybobójczych materiałów polimerowych

Zdolność materiałów polimerowych do inhibicji wzrostu grzybów stanowi kluczowy aspekt ich zastosowania w medycynie, budownictwie, przemyśle spożywczym i tekstylnym. W niniejszym artykule omówiono metody oznaczania aktywności grzybobójczej materiałów polimerowych, ze szczególnym uwzględnieniem standardów ISO i ASTM.

Materiały polimerowe są szeroko stosowane w środowiskach, w których narażone są na działanie mikroorganizmów, w tym grzybów pleśniowych i drożdżopodobnych. Grzyby mogą powodować degradację materiału, utratę właściwości mechanicznych, nieprzyjemny zapach, a także zagrożenie dla zdrowia człowieka [1].

Materiały o właściwościach grzybobójczych znajdują szerokie zastosowanie w takich obszarach jak: przemysł opakowaniowy, budownictwo, medycyna czy biotechnologia żywności. Ich skuteczność wynika z różnorodnych mechanizmów działania, które mogą zachodzić równocześnie i wzajemnie się wzmacniać, prowadząc do zaburzenia funkcji komórek grzybowych i ich degradacji.

Materiały grzybobójcze mogą działać na różne sposoby, m.in. poprzez:

• uwalnianie biocydów: np. srebro, miedź, izotiazolony i związki cyny,
• mechanizmy kontaktowe: modyfikacje powierzchni polimeru (np. z grupami aminowymi lub kationowymi),
• uszkadzanie błony komórkowej, prowadzące do zaburzeń przepuszczalności i integralności strukturalnej,
• zdolność do ograniczania retencji wilgoci – wpływ struktury na kolonizację,
• zaburzenie syntezy ściany komórkowej grzybów,
• zdolność do interkalacji z DNA i hamowania procesów replikacyjnych. Nanocząstki srebra mogą oddziaływać bezpośrednio z zasadami azotowymi DNA, prowadząc do jego denaturacji i fragmentacji.

Skuteczność materiałów grzybobójczych zależy jednak od wielu czynników, w tym: rodzaju patogenu, stężenia substancji aktywnej, formy aplikacji, warunków środowiskowych (wilgotność, pH, światło), a także szybkości i sposobu uwalniania substancji aktywnych z matrycy polimerowej [2-5].

Standardowe metody oznaczania aktywności grzybobójczej

ISO 846

Ocena aktywności grzybobójczej materiałów, zwłaszcza tworzyw sztucznych i kompozytów polimerowych, jest kluczowa dla ich zastosowania w środowiskach narażonych na rozwój mikroorganizmów. Jednym z najpowszechniej stosowanych standardów badawczych w tym zakresie jest norma ISO 846:2019 zatytułowana Plastics – Evaluation of the action of microorganisms. Norma ta opisuje zestaw metod badawczych, umożliwiających ocenę wpływu grzybów na tworzywa sztuczne, a także identyfikację ich ewentualnych właściwości biostatycznych lub biobójczych [6].

W ramach ISO 846 przewidziano kilka ustandaryzowanych procedur, które mogą być stosowane zależnie od rodzaju badanego materiału i celu badania. Poniżej przedstawiono metody najczęściej stosowane w ocenie aktywności grzybobójczej.

Metoda A – ocena odporności tworzyw sztucznych na działanie grzybów strzępkowych

Metoda A ma na celu określenie, czy i w jakim stopniu badany materiał jest podatny na porażenie przez grzyby strzępkowe. Do testu wykorzystuje się wyselekcjonowane, celowo agresywne szczepy grzybów mikroskopowych, takie jak: Aspergillus niger, Penicillium funiculosum, Chaetomium globosum, Trichoderma virens czy Paecilomyces variotii [6].

Próbki materiałów umieszczane są na powierzchni pożywki agarowej lub na siatkach w inkubatorze, w warunkach wysokiej wilgotności (RH > 90%) i temperaturze ok. 28°C. Inkubacja trwa zazwyczaj 28 dni. Po zakończeniu testu dokonuje się oceny wzrostu grzybów na powierzchni materiału, stosując pięciostopniową skalę od 0 (brak wzrostu) do 5 (intensywne porastanie całej powierzchni). Ocena może być wzbogacona o analizę mikroskopową, ocenę zmian barwy, struktury lub degradacji powierzchni [6].

Metoda ta jest półilościowa, jednak bardzo przydatna do wstępnej oceny skuteczności materiałów z dodatkami grzybobójczymi lub do porównań różnych formulacji tworzyw.

Metoda B – ocena wpływu mikroorganizmów na degradację materiału

Metoda B służy do ilościowej oceny stopnia degradacji materiału wskutek działania grzybów. Analizie podlegają takie parametry jak ubytek masy próbki, zmiany w wytrzymałości mechanicznej, elastyczności, barwie lub fakturze powierzchni. Testy prowadzone są zarówno w obecności pożywek wzbogaconych, jak i w warunkach minimalnych, co pozwala odróżnić działanie grzybów jako „degradatorów” materiału od działania środowiskowego [6].

Metoda C – wzrost grzybów na pożywkach zawierających materiał testowy

W tej metodzie badany materiał wprowadza się jako jedyne lub główne źródło węgla do pożywki mikrobiologicznej. Następnie pożywka zaszczepiana jest grzybem testowym i inkubowana w warunkach sprzyjających wzrostowi (zwykle 28-30°C, wysoka wilgotność). Silny wzrost kolonii grzybowej świadczy o tym, że materiał może stanowić źródło składników odżywczych, co może być niepożądane np. w zastosowaniach opakowaniowych lub konstrukcyjnych. Słaby wzrost lub jego brak świadczy o odporności materiału [6].

Metoda D – ocena wzrostu mikroorganizmów na materiałach w warunkach ubogich w składniki odżywcze

W metodzie D badany materiał poddawany jest działaniu grzybów w warunkach środowiska pozbawionego zewnętrznych źródeł węgla, tak aby sprawdzić, czy sam materiał może być wykorzystywany jako substrat przez mikroorganizmy. Obserwacja wzrostu grzyba na materiale w takich warunkach może świadczyć o biodegradowalności lub braku odporności mikrobiologicznej.

Ocena działania grzybów prowadzona jest przede wszystkim:

• wizualnie – na podstawie skali porastania,
• ilościowo – poprzez ocenę ubytku masy, zmian fizycznych i mechanicznych,
• mikroskopowo – w celu potwierdzenia penetracji struktur materiału przez grzybnię.

Stosowanie równoległych prób kontrolnych (materiał referencyjny bez dodatków grzybobójczych) oraz powtarzalnych warunków inkubacji jest kluczowe dla poprawnej interpretacji wyników [6].

Znaczenie normy ISO 846

ISO 846 jest obecnie uznawanym międzynarodowym standardem badania odporności i aktywności mikrobiologicznej materiałów polimerowych, szczególnie istotnym w przypadku produktów przeznaczonych do długotrwałego kontaktu z wilgotnym środowiskiem – jak np.: elementy budowlane, meble, folie opakowaniowe, komponenty medyczne, sprzęt sanitarny czy urządzenia techniczne. Ocena według tej normy pozwala nie tylko na stwierdzenie obecności właściwości grzybobójczych, ale także na dobór skutecznych dodatków biobójczych, optymalizację składu kompozytu czy porównanie trwałości różnych formulacji [7].

ASTM G21

W ocenie odporności tworzyw sztucznych i materiałów polimerowych na działanie grzybów mikroskopowych, obok normy ISO 846, szeroko stosowana jest również amerykańska norma ASTM G21-15 pt. Standard Practice for Determining Resistance of Synthetic Polymeric Materials to Fungi. Norma ta została opracowana przez American Society for Testing and Materials (ASTM International) i jest uznanym standardem w przemyśle materiałowym, budowlanym i opakowaniowym, szczególnie w Ameryce Północnej. Jej głównym celem jest ocena podatności tworzyw sztucznych i materiałów polimerowych na porastanie przez grzyby strzępkowe w warunkach sprzyjających ich rozwojowi [7].

Czytaj także: Materiały polimerowe – oznaczanie właściwości biobójczych wg ISO