Плазменная обработка с наночастицами цинка делает пластик PET антимикробным

Схематическая иллюстрация внедрения наночастиц ZnO в поверхность PET с помощью плазменной струи. Автор: Рафаэла Радичич

Полимеры играют важнейшую роль в современной пищевой упаковке благодаря своей низкой стоимости, малому весу, гибкости и химической стабильности. Они создают ключевой барьер, защищающий продукты от влаги, кислорода, солнечного света и микроорганизмов, вызывающих порчу и риски для здоровья. Среди них PET (полиэтилентерефталат) особенно ценится за свою прозрачность, стабильность и прочные механические свойства.

Однако обычный PET и другие недорогие полимеры имеют ограничения в поверхностных свойствах, таких как смачиваемость, адгезия и устойчивость к микробному росту. Обработка полимеров холодной плазмой с внедрением наночастиц (НЧ), таких как оксид цинка (ZnO), может улучшить антимикробную активность полимера, транспортные свойства, биоразлагаемость и УФ-защиту.

Команда ученых из Института физики в Загребе в сотрудничестве с партнерами разработала простой метод синтеза композитов PET/ZnO с использованием коммерческих PET-пленок. Это исследование недавно было опубликовано в Applied Surface Science Advances.

Процесс включает обработку коммерческих PET-пленок струей плазмы атмосферного давления (APPJ), нанесение на них наночастиц ZnO и повторную плазменную обработку для прочного внедрения частиц в поверхность. Это создает уникальное двумерное внедрение наночастиц, которое улучшает производительность PET в тех областях, где критически важны поверхностные свойства, такие как антимикробная активность.

Для производства наночастиц ZnO исследователи использовали импульсную лазерную абляцию в воде, обеспечивая высокую чистоту. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) показала, что плазменная обработка протравила поверхность PET, увеличив ее шероховатость с 6 нм до 13 нм и создав более однородное распределение наночастиц по поверхности.

АСМ-изображения (a) чистого PET, (b) PET, обработанного плазменной струей, (c) композита PET/ZnO с самой низкой концентрацией и (d) среднеквадратичной шероховатости соответствующих поверхностей. Автор: Рафаэла Радичич

Количество жизнеспособных клеток E. coli и S. aureus, выращенных на чистом PET, PET, обработанном плазменной струей, и композитах PET/ZnO. Автор: Рафаэла Радичич

Ключевым моментом является то, что тесты на выщелачивание подтвердили, что почти весь Zn остался надежно внедренным в поверхность PET, что является ключевым фактором для производительности, экологической и человеческой безопасности, а также устойчивости. Кроме того, улучшенные PET-пленки показали до 29% улучшение УФ-защиты, что помогает сохранять качество продуктов питания в течение более длительных периодов и продлевать срок годности. Хотя плазменная обработка снизила эластичность PET, добавление наночастиц ZnO в диапазоне 200–500 мкл укрепило материал.

Наиболее впечатляюще то, что при самой высокой концентрации ZnO, протестированной (245,75 мг Zn/кг PET), композиты достигли почти 100% антибактериальной эффективности против Escherichia coli и Staphylococcus aureus.

«Эти результаты подчеркивают эффективность нашего метода синтеза, демонстрируя сильные антимикробные свойства против обоих штаммов бактерий. Важно, что тест на выщелачивание подтвердил, что наночастицы надежно внедрены в поверхность PET, что демонстрирует потенциал этих антибактериальных поверхностей для применения в упаковочной промышленности», — заключает Рафаэла Радичич, первый автор статьи.

Больше информации: Rafaela Radičić et al, Atmospheric pressure plasma jet-assisted fabrication of antibacterial PET/ZnO NP composite, Applied Surface Science Advances (2025). DOI: 10.1016/j.apsadv.2025.100810

Источник: Institute of Physics Zagreb