Исследователи «спроектировали» терапевтические покрытия из серебра

Швейцарские исследователи продемонстрировали, как можно регулировать условия процесса для влияния на свойства новых плазменных полимерных покрытий, содержащих наночастицы серебра. Покрытия, созданные по индивидуальному заказу, можно получать с помощью одностадийного плазменного процесса. Ученые разработали эти новые покрытия, которые убивают бактерии, не оказывая негативного воздействия на ткани человека, в рамках проекта ЕС.

Ионы серебра очень эффективны против бактерий и, в отличие от антибиотиков, действуют на сотни различных бактериальных штаммов благодаря разным механизмам атаки. Это делает серебро идеальной антибактериальной добавкой для имплантатов и повязок. Однако принцип «чем больше, тем лучше» не всегда применим, поскольку высокие концентрации ионов могут повредить клетки и ткани человека. Поэтому поверхностные покрытия должны создаваться с терапевтически полезным диапазоном серебра.

Одно из возможных решений предлагают новые наноструктурированные полимеры со встроенными наночастицами серебра, которые команда ученых Empa под руководством Энрико Кёрнера и Дирка Хегемана разрабатывает в рамках проекта ЕС EMBEK1. В рамках этой работы они исследуют, как изменение условий плазмы во время осаждения влияет на структуру пленки и связанное с ней высвобождение ионов серебра, определяющее антибактериальную эффективность. Исследователи определили основы для «проектирования» покрытий с желаемыми свойствами. Результаты опубликованы в журнале «Plasma Processes and Polymers».

Наночастицы серебра прочно внедрены в плазменный слой

Команда использовала RF плазменный реактор, в котором на разные подложки можно осаждать углеводородные покрытия. В качестве сырья углеводородный газ, такой как этилен (C₂H₄), смешивают с реактивным газом, таким как диоксид углерода (CO₂), для получения сшитой плазменной полимерной матрицы с функциональными группами, необходимыми для роста клеток. Электрическая энергия для процесса подается через электроды. Чтобы прочно внедрить частицы серебра в плазменный слой, один из электродов сделан из чистого серебра, на который подается высокое напряжение для условий распыления. При этом осаждение пленки происходит при температуре, близкой к комнатной, что позволяет обрабатывать термочувствительные материалы.

Ученые варьировали различные параметры процесса, такие как соотношение двух газов и входная мощность. Они обнаружили, что увеличение соотношения CO₂ к C₂H₄ приводит к росту количества внедренного серебра в покрытии, а также к образованию более мелких и однородно распределенных частиц. Наноразмерные, хорошо распределенные частицы серебра имеют значительно большую площадь поверхности, чем, например, чистый слой серебра. Увеличение входной мощности также приводит к более высокому внедрению серебра и одновременно увеличивает размер внедренных частиц. Наконец, исследователи изучили количество высвобождаемых ионов серебра из различных покрытий в течение разных периодов времени. Полученные данные были оценены в контексте результатов антибактериальных и клеточных тестов. Таким образом, был определен диапазон для нанокомпозитных покрытий с серебром, в пределах которого они проявляли антибактериальные свойства и при этом были цитосовместимыми.

Эти результаты можно использовать для переноса процесса осаждения с лабораторного масштаба на пилотную установку Empa — первый шаг к промышленному производству индивидуальных антибактериальных покрытий. Кроме того, исследовательская группа пытается создать покрытия с градиентами концентрации серебра, позволяющие контролируемое высвобождение ионов серебра в течение определенного периода времени. Полимерный покровный слой помог бы клеткам человека оптимально расти на антибактериальном покрытии.