Цивилизация
Исследователи из Санкт-Петербурга выяснили, как обработка латунных частиц ультразвуком влияет на их антибактериальные свойства. Такое воздействие привело не только к появлению рельефа на поверхности сплава, но и его разделению на фракции с разным составом и отличными антибактериальными свойствами. Авторы вывели принципы, лежащие в основе этого процесса, что поможет создавать, например, повязки с наночастицами латуни, которые эффективно борются с инфекциями ран. Результаты работы, выполненной при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Ultrasonics Sonochemistry.
Развитие устойчивости микроорганизмов к антибиотикам — естественный эволюционный процесс, осложняющий борьбу с инфекциями. Поскольку старые лекарства становятся неэффективны, приходится разрабатывать новые, которые тоже рано или поздно устареют, и так до бесконечности. Однако можно применять подходы, против которых микроорганизмы беззащитны, например, использовать металлы и их оксиды. Механизмы их действия самые разные. Так, медь способна передавать электроны на перекись водорода, в норме присутствующую в клетках, тем самым превращая ее в одну из разрушительных активных форм кислорода. Цинк специфически взаимодействует с белками, нарушая не только их работу, но и обмен веществ микроорганизма.
«Очень перспективно использовать наночастицы сплава меди и цинка — латуни. По сравнению с пластиной той же массы, что и частицы, последние имеют гораздо большую площадь активной поверхности. Нам интересно улучшить их бактерицидные свойства, и мы применили для этого ультразвук. Акустические вибрации высокой частоты позволяют реализовать очень необычные явления. Например, в жидкости мы сталкиваемся с эффектом кавитации, когда образуются пузырьки, при схлопывании образующие крошечные области с давлением в несколько атмосфер и тысячеградусной температурой. Они могут влиять на поверхность латунных частичек, создавая не только особый рельеф и увеличивая поверхность, но и вызывая образование новых веществ и структур, возможно, более сильных в плане уничтожения микробов», — рассказывает Михаил Носоновский, профессор, победитель ITMO Fellowship and Professorshiр, руководитель группы трибоинформатики НОЦ инфохимии Университета ИТМО.
Сотрудники Научного центра инфохимии Университета ИТМО и НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера (Санкт-Петербург) выяснили, что обработка ультразвуком разделила поверхность наночастиц на участки, где было больше меди или цинка. Действие выходящих из материала ионов металлов наложилось и усилило антибактериальный эффект — это показали эксперименты с культурой кишечной палочки.
Примечательно, что изменение характеристик ультразвука позволило управлять фракционным составом частиц. Авторы вывели соответствующие уравнения, описывающие эффект.
«Это позволяет нам управлять и свойствами латунных частиц. Все зависит от того, против каких патогенных микроорганизмов мы хотим бороться, какие метаболические пути и структуры нам нужно поразить. Например, ионы меди обладают более обширным действием и эффективны против патогенов, не нуждающихся в кислороде, в то время как ионы цинка более избирательны — они свяжутся только с определенными участками белков. Варьируя соотношение фракций столь простым способом, как ультразвуковая обработка, мы можем создать идеальные антимикробные повязки, ускоряющие заживление инфицированных ран», — подводит итог Уласевич Светлана, доцент, руководитель группы биомиметических материалов НОЦ инфохимии Университета ИТМО.