Материаловеды Университета «МИСИС» создали антибактериальные нано-покрытия против микробных и грибковых патогенов, которые не имеют характерных негативных побочных эффектов и могут стать безопасной альтернативой антибиотикам для использования в травматологии, хирургии и имплантологии. Материал на основе нитрида бора и ультрадисперсного металлизированного серебра или наночастиц оксида железа обладает эффективностью до 99,99%. Сейчас проводятся испытания полученных образцов в качестве покрытий для имплантатов.
Разработчики подчеркивают, что в результате испытаний было доказано, что покрытие безопасно для организма пациента. Преимущественным отличием от аналогов стали минимальные дозы бактерицидных компонентов и полное отсутствие наполнителя-антибиотика, что исключает резистентность.
Группа ученых НИТУ «МИСИС» совместно с коллегами из Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии предложили нестандартное комплексное тройное воздействие на инфекционные возбудители: игольчатая поверхность наночастиц физически повреждает мембраны бактериальных клеток, затем высвобождаются ионы металлов, обладающие бактерицидным эффектом, а затем образуются активные формы кислорода, уничтожающие болезнетворные организмы. Усиленная бактерицидная и фунгицидная активность нано-покрытия связана с образованием большого количества активных форм кислорода: свободные радикалы повреждают стенки микроорганизмов, в результате чего последние погибают.
«Мы синтезировали покрытия, состоящие из наночастиц нитрида бора, модифицированные ультрадисперсными наночастицами серебра, или оксида железа. Носители нитрида бора обладают уникальной сферической формой с игольчатой поверхностью, позволяющей повреждать и разрывать мембрану бактериальных клеток при физическом контакте с ними. Сами покрытия выделяют ионы металлов в зависимости от концентрации. Наши исследования показали, что при минимальной ингибирующей концентрации, наночастицы оксида железа (74 мкг/см2) эффективно подавляют рост грамотрицательных бактерий кишечной палочки, а также золотистого стафилококка и пневмококков уже в течение первых трех часов. Покрытия с серебром в минимальной концентрации 12 мкг/см полностью инактивируют бактерии», – рассказала один из авторов исследования, сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» Университета «МИСИС» Кристина Гудзь.
Оказалось, что такое покрытие уничтожает 100% исследованных микроорганизмов: бактериальные штаммы и грибок Candida parapsilosis погибают в течение суток после воздействия. По словам исследователей, саму сферическую и игольчатую, «лохматую» форму наночастиц нитрида бора умеют получать только они, ее уникальность зарегистрирована в виде российского ноу-хау: «Способ получения наноструктурированных покрытий гексагонального нитрида бора с антибактериальным эффектом».
Следующим шагом станет работа по масштабированию разработки в качестве перевязочного материала для применения в травматологии и хирургии. Также в будущем планируется провести исследования in-vitro, сейчас в приоритете проведение исследований на особо опасных штаммах бактерий и вирусов (Vibrio cholerae, Covid-19 и др.).
Исследование выполнено в рамках стратегического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия», поддержанного программой Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»). Результаты работы представлены в международном научном журнале Applied Surface Science.