Инженерный взгляд на использование серебра против микробов
Люди ценят антимикробные свойства серебра тысячелетиями. Гиппократ использовал этот драгоценный металл для перевязки ран, а первопроходцы американского фронтира клали серебряные монеты в воду для защиты от бактерий и водорослей.
Однако технологии XXI века позволили уменьшить количество серебра, необходимое для борьбы с болезнетворными микробами, до наноразмеров — примерно как лист бумаги, разделенный на 100 000 частей. Исследуя эти пределы, ученые балансируют между полезными свойствами серебра и его потенциальной токсичностью для окружающей среды.
Яркий пример — недавнее исследование, проведенное Андреа Хикс, доцентом кафедры гражданской и экологической инженерии Университета Висконсин-Мэдисон, и ее коллегами. Они задались вопросом: каково воздействие на окружающую среду многоразовых больничных халатов с нанопокрытием из серебра по сравнению с одноразовыми халатами, которые используют 80% больниц, если цель — снизить частоту внутрибольничных инфекций?
Эти нозокомиальные инфекции становятся причиной примерно 99 000 смертей в год в США; вместе с другими формами врачебных ошибок они считаются третьей по значимости причиной смертности после сердечных приступов и рака. «Это одна из тех тихих проблем, о которых большинство людей не задумывается, — говорит Хикс. — Но вспышка MRSA, или метициллин-резистентного золотистого стафилококка, несколько лет назад показывает, насколько важно предотвращать передачу патогенов через больничный текстиль».
Поскольку большинство наносеребряных тканей теряют часть покрытия при каждой стирке, Хикс сосредоточилась на новой технологии, призванной решить эту проблему. «Изученный нами раствор наносеребра продается вместе с химическим связующим агентом, — объясняет Хикс. — Вы загружаете серебро и связующий агент в промышленную стиральную машину вместе с многоразовым больничным халатом, и покрытие будет обновляться каждый раз».
Хикс использовала инструмент под названием «оценка жизненного цикла», чтобы смоделировать энергию, необходимую для производства двух типов халатов (многоразовых с серебряным покрытием и одноразовых), а также энергию для их обслуживания и последующей утилизации. Концепция «воплощенной энергии» — общепринятый показатель для сравнения экологического воздействия разных продуктов.
После однократного использования одноразовый халат отправляется на свалку, а многоразовый стирается в среднем 75 раз перед утилизацией. Учитывая большее количество энергии, необходимое для производства и обслуживания многоразового халата, Хикс обнаружила, что точка безубыточности или экологического паритета составляет около 12 использований.
«После 12 использований многоразовый халат оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем одноразовый, — говорит Хикс. — Чем дольше он используется, тем больше будет разница».
Точная разница зависит от того, как часто нужно повторно наносить серебро для поддержания его антибактериальных свойств. В текущем исследовании ученые оценили это количество исходя из объема серебра, необходимого для подавления роста E. coli, одной из наиболее изученных человеческих бактерий. Точка экологического паритета, вероятно, изменилась бы, если бы рассматривались другие патогены.
Воздействие на окружающую среду также зависит от химической формы, в которой серебро высвобождается в фазе использования халата. После очистных сооружений вода от стирки в конечном итоге сбрасывается в природный водоем. Исследователи предположили наихудший сценарий — высвобождение ионного серебра, которое более токсично для рыб и других водных организмов, чем хлорид или сульфит серебра.
Хотя при этих допущениях экологические весы склонились в пользу многоразовых халатов с нанопокрытием, Хикс считает преждевременным рекомендовать их широкое внедрение. «Прежде чем решать, перевешивают ли преимущества удобство и более низкую стоимость одноразовых халатов, нам нужно лучше понять, насколько хорошо они защищают от внутрибольничных инфекций и как предотвратить вред серебра для окружающей среды или нашего собственного организма», — говорит она.
Хикс планирует изучить эти вопросы в будущих работах, но не ограничится наносеребряным текстилем. «Мне нравится изучать новые потребительские технологии, будь то текстиль, пластиковые контейнеры, кофейные капсулы или лампочки, потому что оценка экологического следа нового продукта — важный аспект его вывода на рынок», — заключает она.