Naukowcy tworzą antybakteryjną „superpianę”
University of GeorgiaWszechstronny nowy materiał piankowy opracowany przez naukowców z University of Georgia może znacznie zmniejszyć liczbę zakażeń związanych z opieką zdrowotną spowodowanych przez wszczepione urządzenia medyczne lub drastycznie usprawnić działania porządkowe po katastrofach środowiskowych, takich jak wycieki ropy.
Podobnie jak gąbczasty szwajcarski scyzoryk, porowata, trójwymiarowa pianka jest hydrofobowa, co oznacza, że jest odporna na krew, drobnoustroje i białka, a jednocześnie wykazuje właściwości przeciwdrobnoustrojowe i oddziela olej od wody. Jego wszechstronność, funkcjonalność i stosunkowo niedrogie koszty produkcji mogą sprawić, że stanie się cennym zasobem zarówno dla przyszłych klinicystów, jak i profesjonalistów zajmujących się rekultywacją środowiska.
– Stworzenie wielofunkcyjnej i wszechstronnej powierzchni jest niezwykle trudnym zadaniem – powiedział Hitesh Handa, profesor nadzwyczajny w Szkole Inżynierii Chemicznej, Materiałowej i Biomedycznej UGA . – Możesz znaleźć powierzchnię, która jest tylko antybakteryjna, lub możesz znaleźć taką, która może tylko zapobiegać krzepnięciu krwi. Możliwość wytwarzania materiałów przeciwzakrzepowych, przeciwdrobnoustrojowych i przeciwporostowych stanowi znaczną poprawę w stosunku do obecnych standardów.
Materiał to gruba pianka z parą dodanych wypełniaczy: przewodzącymi elektrycznie nanopłytkami grafenu i hydrofobowymi bakteriobójczymi mikrocząstkami miedzi. Oprócz odpychania wody ich włączenie stworzyło chropowatą powierzchnię, która ułatwiła wysoką zdolność adsorpcji oleju, a miedź, znana toksyna dla komórek bakteryjnych, dodała właściwości przeciwdrobnoustrojowe samej powierzchni. Badania nad jego skutecznością dały pozytywne rezultaty.
Wykorzystując E. coli jako bakterię testową, naukowcy odkryli, że materiał spowodował 99,9% redukcję liczby bakterii w porównaniu z prostym polimerem. Chociaż nie oznacza to, że wszystkie bakterie zostały usunięte z roztworu, jest to znacząca poprawa, która zdaniem Handy może poprawić wyniki zdrowotne wielu z ponad 500 000 pacjentów, którzy każdego roku znoszą infekcje związane z opieką zdrowotną spowodowane implantami medycznymi.
– Obecne urządzenia medyczne są podatne na zanieczyszczenia – powiedział Handa. – Kiedy umieszczasz jakiekolwiek urządzenie medyczne w ciele, białka są pierwszą rzeczą, która przykleja się do powierzchni i działa jak klej, który pozwala przylegać krwi lub bakteriom. Tak więc, jeśli uda nam się zatrzymać adsorpcję białek, połowa bitwy jest wygrana.
Podobnie seria testów wykazała wysoką zdolność materiału do oddzielania wody i innych zanieczyszczeń ropopochodnych. Umieszczając trójwymiarową gąbkę wykonaną z tej powierzchni w różnych mieszaninach wodnych – chloroformie, kwasie chlorowodorowym i innych cząstkach organicznych – naukowcy byli w stanie wykazać jej zdolność do pochłaniania i usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody, a także zabijania bakterii w wodzie samo.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Na dużą skalę materiał może okazać się skuteczny w oczyszczaniu środowiska z wycieków ropy lub innych podobnych scenariuszy. Pomysł nawiązuje do zjawiska zwanego efektem lotosu, które odnosi się do właściwości samooczyszczania, które są wynikiem ultrahydrofobowości wykazywanej przez kwiat lotosu. Od dawna jest to model wytwarzania superhydrofobowych powierzchni, które okazały się skuteczne w czyszczeniu, zapobieganiu parowaniu i porastaniu. Wcześniejsze strategie projektowe zawiodły jednak ze względu na brak funkcjonalności i skalowalności.
– Kluczem jest tutaj wszechstronność – powiedział Mark Garren, współautor artykułu i doktorant w laboratorium Handy. –Wielofunkcyjne właściwości zainspirowały ten projekt, a następnie rozwinęły go i pokazały wszystkie jego możliwości.
Idąc dalej, głównym celem naukowców jest nałożenie powierzchni na urządzenia medyczne i wykazanie jej skuteczności przed przejściem do badań na zwierzętach i ostatecznie testów na ludziach. W obliczu mniej rygorystycznych norm bezpieczeństwa powierzchnia może być łatwiejsza do zastosowania w przypadkach użycia do oczyszczania środowiska.
Źródło: University of Georgia
