Нано-поверхность, убивающая микробы, открывает новый фронт в гигиене
Ученые из Австралии обнаружили, что нано-поверхность может физически уничтожать бактерии без использования химических дезинфицирующих средств или высоких температур.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, началось с изучения крыльев цикад, которые оказались смертельными для бактерии Pseudomonas aeruginosa. Убийственный эффект создавали не биологические вещества, а регулярно расположенные "наноколонны" (nanopillars), разрывающие клеточные стенки бактерий.
Затем ученые под руководством Елены Ивановой из Технологического университета Свинбурна в Мельбурне изучили полупрозрачные передние крылья стрекозы вида Diplacodes bipunctata (бродячая стрекоза). Их наношипы высотой 240 нанометров также обладали бактерицидным свойством.
Черный кремний — синтетический убийца
Ученые обнаружили аналогичный эффект у черного кремния — материала, открытого в 1990-х и перспективного для солнечных панелей. Под электронным микроскопом его поверхность представляет собой "лес" шипов высотой 500 нанометров, которые разрывают клеточные стенки бактерий при контакте. Это первый известный случай, когда супергидрофобная поверхность обладает таким физическим бактерицидным свойством.
Эффективность и спектр действия
В лабораторных испытаниях обе поверхности (крылья стрекозы и черный кремний) продемонстрировали высокую эффективность против:
- Грамотрицательных и грамположительных бактерий
- Бактериальных спор
Конкретные тестируемые микроорганизмы:
- Pseudomonas aeruginosa
- Staphylococcus aureus
- Споры Bacillus subtilis (почвенная бактерия, родственная сибирской язве)
Скорость уничтожения составила 450 000 бактериальных клеток на квадратный сантиметр в минуту в первые три часа контакта. Это:
- В 810 раз превышает минимальную дозу, необходимую для заражения человека S. aureus.
- В 77 400 раз превышает минимальную дозу для заражения P. aeruginosa.
Перспективы применения
Ученые отмечают, что если стоимость производства черного кремния будет препятствием, существуют и другие варианты создания наномасштабных бактерицидных поверхностей. Они утверждают, что синтетические антибактериальные наноматериалы с аналогичной эффективностью "могут быть легко изготовлены на больших площадях". Это открывает путь к созданию самоочищающихся поверхностей для больниц, общественных мест и предметов обихода.