Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского
государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят
от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм. Работа
опубликована в журнале Biofouling.
Импланты в основном используют для замещения дефектов в живых тканях. Наиболее
известные виды — это протезы для суставов и внутренних органов, сердечные
стимуляторы и заменители стенок кровеносных сосудов. Также имплантаты применяют в
косметологии, например для увеличения женской груди, или внедряют под кожу в виде
микрочипов для приобретения дополнительных функций. Очень важно при операции не
занести вместе с имплантируемым материалом в организм человека патогенные
микроорганизмы. Число инфекций, вызванных подобными заражениями, превышает 100
тысяч случаев в год. В целом, около 5% имплантов содержат на себе очаги опасной для
человека биопленки — колоний микробов.
Ученые ищут решение этой проблемы в разработке новых антибактериальных
наноструктурированных поверхностей. Сотрудники Центра фотоники и двумерных
материалов МФТИ с коллегами исследовали влияние параметров наноструктурирования
на антибактериальные свойства силиконовых поверхностей.
На силиконовые подложки они нанесли наностолбики-иголочки различных размеров
методом мягкой литографии. Это способ изготовления с помощью специальных
эластичных штампов. Иголочки препятствуют оседанию на поверхности бактерий и
образованию биопленок.
«Диаметр столбиков — 500 или 700 нанометров, а расстояние между ними — вдвое
больше. Причем эти параметры — на порядок меньше, чем размеры бактерий.
Микробам “неудобно” оседать на такую игольчатую поверхность», — рассказала
Мария Баршутина, старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных
материалов МФТИ.
Рисунок. Бактерия «садится» на поверхность с наностолбиками. Источник: Biofouling
Когда бактерия пытается «сесть» на столбики, ее оболочка растягивается. При этом
достаточно 15% натяжения, чтобы она лопнула. В результате микроорганизм погибает.
При тестировании были определены оптимальные параметры силиконовых наноструктур
для достижения наиболее выраженного антибактериального эффекта в отношении
бактериальной культуры Escherichia coli. Было продемонстрировано, что можно достичь
сокращения популяции бактерий до 90% по сравнению с плоскими силиконовыми
подложками.
«Столбики слишком малы, чтобы различить их невооруженным глазом. Для этого
нужен электронный микроскоп. Или атомный — чтобы оценить их в объеме.
Обыкновенному же глазу будет видна радужная игра, похожая на перламутровые
переливы. Они возникают в результате преломления света, поскольку размеры
конструкций сопоставимы с длиной световой волны. Полученные покрытия вдобавок к
противомикробным свойствам приобретают эстетически привлекательный внешний
вид», — резюмировала Мария Баршутина.
В настоящие время ученые продолжают исследования, экспериментируя с узорами —
формой наностолбиков и их расположением относительно друг друга — для получения
наибольшего антибактериального эффекта.
МФТИ
Нет комментариев