Ученые создали антибактериальное покрытие, которое протыкает бактерии
Ученые из Технологического университета Чалмерса разработали новый антибактериальный материал, который уничтожает бактерии механическим способом, буквально протыкая их до того, как они успевают сформировать биопленки. Этот подход позволяет избежать использования антибиотиков и токсичных металлов, которые способствуют росту устойчивости микробов и наносят вред окружающей среде. Проблема биопленок является серьезным вызовом для медицины и промышленности, так как эти защитные слои, образуемые бактериями на поверхностях катетеров, имплантатов, корпусов судов и промышленных труб, приводят к внутрибольничным инфекциям, снижению эффективности и повышенному применению агрессивной химии.
В основе разработки лежит использование металло-органических каркасов — материалов, отмеченных Нобелевской премией по химии 2025 года, но примененных принципиально новым способом. Исследователи создали покрытие, выращивая один металло-органический каркас на другом, в результате чего формируются наноструктуры с достаточно острыми шипами, способными прокалывать и разрушать клеточные оболочки бактерий при контакте. Как пояснил ведущий автор работы, доктор технических наук Чжецзянь Цао, эти наноструктуры действуют как микроскопические шипы, физически уничтожая бактерии, что открывает совершенно новый путь в борьбе с ними без риска развития антибиотикорезистентности.
Ключевой инженерной задачей была точная настройка расстояния между наношипами. Если промежутки слишком велики, бактерии могут проскользнуть и закрепиться на поверхности, а если слишком малы — давление распределяется, и микроорганизмы выживают, подобно тому как человек может лежать на ложе из гвоздей без вреда. Важно, что в отличие от предыдущих исследований, данная технология не полагается на высвобождение ионов металлов или химических веществ, а работает исключительно за счет механического повреждения.
Соавтор исследования и специалист по металло-органическим каркасам Ларс Эурстрём отметил, что эти покрытия можно производить в промышленных масштабах, поскольку они требуют более низких температур по сравнению с другими перспективными материалами, например, графеновыми массивами. Это делает технологию совместимой с термочувствительными пластиками, используемыми в медицинских имплантатах, и потенциально позволяет применять в производстве переработанные пластмассы. Ученые полагают, что их разработка может внести вклад в предотвращение внутрибольничных инфекций, сокращение использования ядовитых антиобрастающих красок в судоходстве и повышение эффективности промышленных систем.
Исследование в научном журнале Advanced Science.