Студенты Самарского университета им. Королёва разработали эффективное, дешевое в производстве и безопасное для здоровья человека антимикробное покрытие, которое можно наносить на ткань. Одежда или перевязочный материал из такой ткани могут значительно уменьшать риски развития и распространения инфекций и ускорять заживление ран пациентов, что особенно важно при оказании медпомощи в полевых условиях.
В основе разработки – уникальная технология нанесения на текстиль композитного бактерицидного покрытия из природных полимеров и наночастиц серебра. Антимикробный композит состоит из комбинаций различных агентов с высоким бактериостатическим и фунгистатическим действием. Они препятствуют поглощению микробами питательных веществ из окружающей среды и таким образом эффективно предотвращают развитие бактерий и грибков. В отличие от других подобных антимикробных тканей, содержащих серебро, покрытие, изготовленное по самарской технологии, более устойчиво, дольше сохраняет антимикробную активность, и для его создания требуется меньше благородного металла, что снижает в результате общую себестоимость производства.
"Мы разработали и испытали инновационное антибактериальное покрытие на основе модифицированных природных полимеров с разветвленной молекулярной структурой и наночастицами серебра, которые заключены в полимерную матрицу. Такой подход позволяет эффективно удерживать наночастицы на поверхности ткани, что делает покрытие более устойчивым и дольше сохраняющим антимикробные свойства. Кроме того, наша технология требует небольшого количества серебросодержащих веществ –примерно в 10 раз меньше, чем обычно, что удешевит производство. Аналогов антимикробной ткани с такими характеристиками в России нет", – рассказала Виктория Салахова, магистрант кафедры биохимии, биотехнологии и биоинженерии института естественных и математических наук Самарского университета им. Королёва.
Обычные ткани являются весьма благоприятной средой для роста и размножения патогенных микроорганизмов – различных бактерий и грибков. У тканей, как правило, пористая структура, которая хорошо удерживает влагу, например, пот. В среднем при благоприятных для питания и размножения условиях всего лишь одна бактериальная клетка, попавшая на потную ткань, может уже спустя семь часов считать себя родоначальницей целой популяции бактерий численностью около 1 млн клеток. Поэтому очень важно обеспечивать стерильность ткани и изделий из нее при оказании медпомощи в больницах и госпиталях, а особенно – в полевых условиях.
Серебряные "нанопули" и "шуба" для наночастиц
Серебро в качестве дезинфицирующего средства применялось с древнейших времен. Еще сам Гиппократ советовал лечить язвы на коже серебряным порошком. Серебряная посуда защищала людей от инфекций: например, во время известного похода Александра Македонского в Индию от масштабной вспышки кишечных заболеваний почти не пострадали военачальники, пившие из серебряных стаканов, в отличие от простых воинов, у которых посуда были оловянной. Соединения серебра в виде растворов активно использовались для лечения ран в XIX и в XX веках, пока не началась эпоха антибиотиков. Однако массовое использование антибиотиков привело к появлению устойчивых ко многим лекарствам бактерий, в то же время бактерии так и не смогли выработать резистентность по отношению к серебру.
В XXI веке серебро вновь вернулось на арену борьбы с микробами, но теперь уже в виде наночастиц. Как установили современные ученые, наночастицы серебра обладают очень высокой активностью в отношении широкого спектра микробов, даже при использовании низких доз – полное подавление роста бактерий может произойти при концентрации 32 миллиграмма наночастиц на один литр. При контакте наночастиц серебра с бактериями вырабатываются активные формы кислорода, которые разрушают бактериальную мембрану и повреждают белки и ДНК бактерий. Своего рода серебряные "нанопули" для микробов-"вампиров".
В мире создано немало вариантов антибактериальных тканей, содержащих наночастицы серебра, но у большинства разработок есть существенный недостаток. Дело в том, что серебряные наночастицы из-за своих свойств очень не любят долго оставаться в одиночестве и постоянно стремятся "слипнуться", соединиться с другими наночастицами, образуя союзы и агломерации. Говоря химическим языком, наночастицы серебра крайне склонны к агрегации. Причиной агрегации является стремление наночастицы занять более стабильное положение. При объединении у наночастиц меняются свойства, слабеет антимикробная сила (как установили ученые, чем мельче наночастица, тем сильнее она бьет по микробам), поэтому серебряные микрочастицы в агломерациях оказываются менее эффективны для обработки ткани.
Для того чтобы наночастицы не могли "слипнуться", используются различные вещества-стабилизаторы, которые, словно "шуба", "одевают" наночастицы, лишая их возможности соединиться друг с другом. Однако и здесь таится проблема: часто такие "шубы" оказываются токсичными для организма человека. Самарские исследователи в ходе экспериментов разработали оптимальное, по их мнению, вещество-стабилизатор, которое и не дает частицам "слипнуться", и является абсолютно безопасным для человека и окружающей среды. Основа этого вещества выделена из бурых углей. Подробности состава данного вещества широкой публике пока не раскрываются, так как на эту разработку еще не получен патент.
"Это полимерное соединение после модификации, как показали эксперименты, эффективно восстанавливает и удерживает наночастицы серебра, не ухудшая их антимикробных свойств. Образуются сложные комплексы различных функциональных групп матрицы с наночастицами металлов. Кроме наночастиц серебра, мы предполагаем еще в будущем и включение наночастиц меди. К преимуществам нашего покрытия можно отнести защиту от переноса бактерий, длительный антимикробный эффект, снижение риска контактного инфицирования, а также предотвращение появления неприятных запахов, вызываемых бактериями, и, самое главное, безопасность для здоровья", – отметил Александр Кукса, магистрант кафедры кафедры биохимии, биотехнологии и биоинженерии института естественных и математических наук Самарского университета им. Королёва.
Инновационное покрытие получило название "Наногардиан" ("Нанозащитник"). Студенты разработали технологию нанесения покрытия, изготовили опытные образцы антимикробной ткани и испытали их. В ходе испытаний самарская разработка показала достаточную эффективность в борьбе с различными бактериями. В перспективе планируется создать производство по выпуску такой ткани и вывести продукт на рынок.