Новости

26 ноября, 2021 16:34

Ученые выяснили, как ультразвук повышает антибактериальные свойства латуни

Санкт-петербургские исследователи описали процессы, происходящие с латунью при ее обработке ультразвуком. Из-за понижения давления в жидкости вокруг сплава появляются пузырьки, которые схлопываются и за счет выброса большого количества энергии приводят не только к появлению вмятин на поверхности, но и разделению последней на участки с разным химическим составом и отличающимися бактерицидными свойствами. Описанные авторами принципы помогут в разработке новых подходов к лечению инфицированных ран, а именно созданию антимикробных повязок с наночастицами латуни. Результаты работы, выполненной при поддержке гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Ultrasonics Sonochemistry.
Наноструктура частицы, полученная в результате обработки ультразвуком. Источник: Екатерина Скорб
 
Значение антибиотиков в судьбе человечества сложно переоценить, но их широкое распространение привело к тому, что патогенные микроорганизмы стали приобретать устойчивость все к большему количеству препаратов. Однако против металлов и их оксидов у микробов и грибков пока что нет защитных механизмов. Именно потому эта группа соединений вызывает особый интерес исследователей.
 
Антибактериальные механизмы металлов очень разнообразны. Например, медь изменяет степень окисления, а «лишний» электрон может передать перекиси водорода — вполне обычной и относительно безопасной для клетки. Такое «донорство» приводит к образованию активных форм кислорода, которые разрушают окружающие их молекулы. Цинк же идет другим путем: он взаимодействует с белками, из-за чего те не могут нормально работать, метаболизм бактерии нарушается, и она гибнет.
 
«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.
 
Исследователи из Научного центра инфохимии Университета ИТМО и НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера (Санкт-Петербург) показали, что обработка ультразвуком латунных частичек привела к своего рода зонированию: поверхность оказалась разделена на фракции, отличные по своей структуре, строению и свойствам. Первая в основном содержала медь и, соответственно выделяла ее ионы, а вторая — цинк.
 
Эффекты двух металлов сложились и оказались очень действенными в подавлении роста кишечной палочки. Интересно, что фракционным составом частиц можно было управлять, выбирая характеристики ультразвуковых колебаний, — авторы также привели математические модели, объясняющие наблюдаемые явления.
 
«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.

19 января, 2022
Астрономы обнаружили гигантские облака газа, подсвеченные активным ядром галактик
Международная группа астрономов обнаружила две системы галактик, в которых следы активности центра...
17 января, 2022
Новая 3D-модель поможет в разработке препаратов для лечения поздней стадии рака груди
Российские ученые разработали трехмерную клеточную модель рака молочной железы, который приобрел лек...