Сталь + медь: создан материал, уничтожающий бактерии без антибиотиков

Химики из Технологического института Джорджии (США) изобрели способ защитить стальные поверхности от бактерий. Простой и недорогой метод основан на природных антибактериальных свойствах меди и нанотехнологиях. Новый материал подходит для применения в больницах, на кухнях и в других местах, где загрязнение поверхностей может привести к серьезным заболеваниям. Результаты работы опубликованы в журнале Small.

Изобретение снижает потребность в химической обработке поверхностей и не способствует росту резистентности к антибиотикам. Последнее особенно важно: по данным глобального исследования, в 2019 году инфекции, устойчивые к антибиотикам, стали прямой причиной смерти 1,27 млн человек и опосредованно вызвали около 5 млн других смертей.

 «Уничтожить грамположительные бактерии без химикатов сравнительно легко, но борьба с грамотрицательными бактериями — серьезная проблема из-за их толстой, многослойной клеточной мембраны. Эти бактерии быстро размножаются на поверхностях. Я стремилась создать бактерицидную поверхность, эффективную против грамотрицательных и грамположительных бактерий без антибиотиков», — рассказала Ануджа Трипати, ведущий автор исследования.

Для решения этих проблем Трипати и ее команда разработали метод «двойного удара». В его основе — электрохимическое травление стали: к одной пластине подключают положительный электрод, к другой — отрицательный. Обе пластины погружают в раствор кислоты и подают напряжение. Сначала на поверхности металла возникают наноразмерные игольчатые структуры, способные прокалывать клеточные мембраны грамотрицательных и грамположительных бактерий. Но ученые решили усилить антибактериальную защиту сильно загрязненных поверхностей, и на следующем этапе на нанотекстурированную нержавеющую сталь нанесли ионы меди. Медь окончательно разрушает клеточные мембраны бактерий.

«Двойной удар» позволил уничтожить 97 % грамотрицательных бактерий кишечной палочки и 99 % грамположительных бактерий эпидермального стафилококка.

Несмотря на известные антибактериальные свойства меди, ее не используют широко из-за высокой цены. Однако ученые покрывали сталь очень тонким слоем ионов меди. Поэтому новый метод не только эффективен, но и экономичен.

Авторы изобретения предлагают использовать нержавеющую сталь с медным покрытием для изготовления медицинских инструментов — например, ножниц или пинцетов. Из нее также можно делать дверные ручки, лестничные перила и даже раковины. На их поверхности обычно много бактерий, особенно в больницах, столовых и других общественных местах.

По словам ученых, этот подход довольно легко внедрить в существующие технологические процессы. Например, электрохимическое травление уже используется при производстве контейнеров для хранения пищевых продуктов из нержавеющей стали.

Дальнейшие исследования покажут, эффективна ли нанотекстурированная сталь с медным покрытием против других опасных микроорганизмов. Кроме того, планируется изучить возможность использования этого материала в медицинских имплантатах.