Медицинские устройства, такие как катетеры и имплантаты, подвержены бактериальной колонизации и образованию биопленок, что приводит к инфекциям и другим осложнениям. Ученые работают над созданием эффективных бактерицидных поверхностей для предотвращения подобных проблем. В поисках вдохновения исследователи из Университета Стони Брук (Нью-Йорк) обратились к крыльям цикад.
Крылья цикад давно известны своими антибактериальными свойствами, но механизм их действия до сих пор оставался неясным. Исследователи с помощью моделирования изучили функции тупых шипов на поверхности крыльев цикад и сделали несколько удивительных открытий.
Команда обнаружила, что поверхности сверхмалых нанопилястр высотой около 10 нм, шириной 50 нм и расстоянием между ними 70 нм очень эффективно убивают бактерии Escherichia coli, а также освобождают их в течение как минимум 36 часов, не оставляя на поверхностях скопления мертвых бактерий или мусора. Это очень важно, поскольку, когда клетки бактерий погибают и впитываются в поверхность, их остатки остаются на поверхности и создают более благоприятную среду для их собратьев, которые впитываются поверх них.
Исследователи использовали полимер, часто применяемый в упаковке, для создания крошечных структур в форме столбиков на кремниевой основе, которые имитируют наностолбики крыла цикады. Диблок-полимер мог самостоятельно создавать наноструктуры при условии контроля окружающей среды. Несмотря на то, что полимер использовался обычный, он обладал теми же или схожими свойствами, что и бактерицидные столбики крыла цикады.
Группа исследователей проверила различные размеры наностолбиков, чтобы понять, как это повлияет на процесс. Они обнаружили, что высота столбиков имеет большое значение для наноструктуры, поскольку первоначально предполагалось, что высота столбиков действует как игла, протыкающая мембрану бактерии.
Результаты исследования могут решить серьезную проблему в области здравоохранения, позволив создать более эффективные бактерицидные поверхности. Ранее исследователи уже изучали химические и физические характеристики крыльев цикад и стрекоз, однако многое остается неясным в отношении их антибактериальных свойств, например, как они удаляют следы своих бактериальных жертв.
"На данный момент мы знаем, что крыло цикады может предотвращать прилипание бактерий, но механизм неясен, - говорит Таданори Кога, инженер-химик из Университета Стоуни Брук.
Понимание этого естественного процесса может привести к революционным достижениям в области здравоохранения и медицинских технологий, предотвратить инфекции и улучшить результаты лечения пациентов".
