Дослідники з Кракова розробили композитні матеріали, здатні автоматично та безперервно вбивати мікроорганізми та запобігати розвитку патогенів, повідомляє Польська академія наук на своєму сайті.
Зростаюча кількість бактерій, стійких до антибіотиків, створює проблеми не лише для лікарів, а й для фізиків, які займаються матеріалознавством.
Дослідники з Інституту фізіології та годівлі тварин Польської академії наук (IFiŻZ PAN) у Яблонні заявили про необхідність розробки нового, довговічного та безпечного біоцидного матеріалу. Вони зазначили, що якщо маски для обличчя замінювати занадто рідко, там можуть накопичуватися патогени. Тому потрібен був би матеріал, який би не тільки виконував роль фільтра, але й міг би постійно усувати мікроорганізми, що осідають на ньому.
Фізики з Інституту ядерної фізики Польської академії наук у Кракові вирішили, що композитний матеріал, виготовлений з нейтральної матриці з відповідним чином приєднаними функціональними групами, здатними ефективно вбивати мікроорганізми, може бути способом вирішення проблеми.
Постійне прикріплення біоцидних молекул і відповідний вибір їхніх властивостей гарантували б, що матеріал збереже свої властивості майже будь-який проміжок часу.
У біоцидних композитах з іонами срібла залежно від потреб можна використовувати матриці з оксиду алюмінію або діоксиду кремнію (тобто кремнезему). У першому випадку матриці мають форму сита з порами діаметром близько 40 нанометрів, а в другому – сфер розміром від 50 до 500 нм. Пориста матриця дозволяє фільтрувати, наприклад, повітря або рідини організму. У свою чергу, сферичний кремнезем дозволяє вводити біоцидний матеріал в інші речовини, наприклад, для пломбування зубів.
«Головну роль у наших матеріалах відіграють не матриці, а відповідним чином нанесені на них функціональні групи. Ключовий біоцидний агент, у цьому випадку іон срібла, захоплюється карбоксильною групою, приєднаною до пропілового ланцюга. Ця структура струнка і чудово виконує роль жала чи ножа, який при контакті з бактерією руйнує її клітинну мембрану», – пояснює доктор хаб. Лукаш Ласковський.
Біоцидні молекули в нових композитах хімічно зв’язані з матрицею, і тому назавжди. «Цей факт означає, перш за все, що ці частинки зможуть знову і знову виконувати своє завдання саме там, де вони були розміщені. Тому з часом вони не втратять своїх здібностей і не вимиватимуться з ущільнення в тіла, а також не будуть викидані з використаної маски в навколишнє середовище», – запевнили в повідомленні.
Другий клас нових нанокомпозитів від IFJ PAN використовує інший інструмент для боротьби з бактеріями. Це пропілфосфатні групи, що містять іон міді. Вони захоплюють молекули кисню з повітря. Потім зазначений іон міді, діючи як одноелектронний каталізатор, піклується про їх відновлення. У реакціях бере участь водень із поширених у нашому середовищі молекул води, і в результаті перекис водню постійно утворюється у функціональних групах з міддю. При контакті з ним більшість мікроорганізмів гине в результаті окисного шоку.
«Як і у випадку з нанокомпозитами з додаванням срібла, мідь також постійно зв’язана з матрицею і не зношується. Вода та кисень споживаються, але вони природним чином доступні в навколишньому середовищі. Таким чином, ми маємо в своєму розпорядженні матеріал, який практично безперервно виробляє певну кількість свіжого перекису водню, одного з найефективніших біоцидних сполук», – підкреслює доктор Ласковскі. Він додає, що випробування, які підтверджують біоактивний ефект усіх нових матеріалів, проводилися в IFiŻZ PAN і координувалися доктором. хаб. Павло Ковальчик.
Біоцидні нанокомпозити з іонами металів зараз виробляються в IFJ PAN у лабораторних масштабах, з можливістю надання пробних кількостей для цілей впровадження. Проте технологію виробництва, яка знаходиться на стадії патентування, можна легко масштабувати під промислові потреби.
«У роботі нашої команди ми намагаємося застосувати ідею «перевернутої фізики»: починаємо не з речовини, яку хочемо вивчити, щоб знайти їй якісь застосування, а з самих застосувань. Визначивши потреби, ми точно проектуємо майбутній матеріал, проводимо чисельне моделювання, а потім намагаємося його синтезувати», – пояснює д-р Ласковскі. «Тільки коли це вдається, ми переходимо до перевірки, чи відповідають властивості отриманого матеріалу нашим очікуванням», – додає д-р Ласковскі.
До дослідницької групи також входять д-р Агнешка Карчмарська, д-р Магдалена Ласковська та д-р Матеуш Шабіковський.
Обговорюване дослідження фінансувалося за рахунок гранту Національного наукового центру.
Джерело інформації тут.
PAP – Наука в Польщі
lt/bar/
