Наноиглы, созданные российскими учеными, защитят имплантаты от бактерий
Покрытия с наноиглами, которые предотвратят микробное загрязнение имплантатов, вживленных в организм человека, разработала команда ученых МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета, 22 августа сообщает журнал МФТИ «За науку».
Результаты исследования нового покрытия ученые представили в статье «Разработка силиконовых интерфейсов с антибактериальными свойствами», опубликованной в журнале Biofouling.
Наиболее известные виды имплантатов, используемых для замещения дефектов в живых тканях организма, — это протезы для суставов и внутренних органов, сердечные стимуляторы и заменители стенок кровеносных сосудов.
Во время операции установки имплантата важно не занести вместе с ним в организм человека патогенные микроорганизмы. Статистика сообщает о более 100 тысяч инфекций, вызванных подобными заражениями, в год. Таким образом, около 5% установленных имплантатов содержат очаги опасных для человека колоний микробов (биопленки).
Решение этой проблемы ученые видят в разработке антибактериальных наноструктурированных покрытий для имплантатов. С этой целью сотрудники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами провели исследование влияния параметров наноструктурирования силиконовых поверхностей на их антибактериальные свойства.
Исследователи нанесли методом мягкой литографии (с помощью специальных эластичных штампов) на силиконовые подложки столбики-наноиголочки нескольких размеров. Иголочки должны были препятствовать осаждению бактерий на поверхности и образованию на них биопленок.
Старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Мария Баршутина рассказала об эксперименте:
«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».
При попытке бактерии «осесть» на такой столбик ее оболочка растягивается и после 15-процентного растяжения лопается, что приводит к гибели микроорганизма.
Экспериментально были определены оптимальные параметры силиконовых наноструктур, обеспечивающие наиболее выраженный антибактериальный эффект в отношении Escherichia coli, вызывающей острые кишечные расстройства. Ученые показали, что при таких параметрах покрытия можно добиться уничтожения до 90% бактерий этого вида 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», — заключила свой рассказ Мария Баршутина.
В настоящее время команда ученых продолжает исследования, меняя форму наностолбиков и их расположение относительно друг друга, добиваясь получения наибольшего антибактериального эффекта.
