28 ноября 2021, 2:04

Ученые выяснили, как ультразвук повышает антибактериальные свойства латуни

Биомиметика
Нанотехнологии
Микробиология

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 Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Ultrasonics Sonochemistry.

Ученые выяснили, как ультразвук повышает антибактериальные свойства латуни
Наноструктура частицы, полученная в результате обработки ультразвуком
Источник: Екатерина Скорб

Значение антибиотиков в судьбе человечества сложно переоценить, но их широкое распространение — по делу и без — привело к тому, что патогенные микроорганизмы стали приобретать устойчивость все к большему количеству препаратов. Однако против лома, а точнее металлов и их оксидов, у микробов и грибков пока что нет приема. 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.

 

Источник:  Пресс-служба РНФ

Публикации из новости

Читайте также

Российские ученые придумали управляемый светом «контейнер» для водорода
Ученые из Ростова-на-Дону и Таганрога синтезировали металлоорганические каркасы, которые можно «открывать» и «закрывать» при помощи света. Внутри авторы предложили хранить молекулы водорода.
"Умные" материалы
Материаловедение
Металлоорганическая химия
Молекулярный дизайн
Нанотехнологии
1 декабря 2021
Ученые «сшили» антибиотики из березовой коры
Российские ученые разработали антибактериальное соединение на основе бетулина — вещества из коры березы. Путем химических модификаций они смогли увеличить биодоступность бетулина, сохранив его безопасность для клеток животных и человека.
Биохимия
Микробиология
Фармация
26 ноября 2021
Ферменты грибов удешевят производство стероидов
Микробиологи из Пущино обнаружили у плесневых грибов Drechslera необычный фермент, способный определенным образом модифицировать стероиды. В природе этот процесс призван подстроить вещества растения под нужды гриба, а в промышленности поможет получать медицинские препараты от гормональных нарушений и аутоиммунных недугов дешевле, проще и эффективнее.
Микробиология
22 ноября 2021