Наночастицы оксида меди показали длительное биоцидное действие
Международный коллектив ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Федерального исследовательского центра химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт» и Российско-Вьетнамского научно-технологического центра тропических исследований создал новый биоцидный материал – хлопковую ткань с покрытиями из наночастиц оксида меди. Полученная ткань подавляет развитие целого ряда патогенов, при этом она устойчива в тропическом климате, не опасна для кожи человека и существенно доступнее, чем известные аналоги. Результаты работы опубликованы в журнале Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics.
Создание тканей с бактерицидными свойствами – один из трендов текстильной промышленности последних лет. Антибактериальные свойства ткани востребованы для медицинских применений в связи с широким распространением штаммов бактерий, которые устойчивы к антибиотикам. Такие материалы очень популярны в быту, поскольку помогают предотвратить возникновение неприятных запахов.
Новой тенденцией в этом направлении является использование в качестве бактерицидного компонента наночастиц оксидов металлов. В ИОНХ РАН исследователи получили хлопчатобумажную ткань с покрытием из наночастиц оксида меди. Наночастицы проявляют широкий спектр биоцидных свойств и эффективно подавляют жизнедеятельность бактерий, грибков и простейших, но при этом безопасны для человека.
Международный коллектив авторов из Москвы и Вьетнама провел масштабное исследование, посвященное изучению биоцидных свойств хлопковых тканей с покрытиями из наночастиц оксида меди в тропическом климате. Для прочного закрепления наночастиц на ткани и создания долговечного покрытия была использована разработанная в ИОНХ РАН технология нанесения с использованием ультразвуковой обработки. Такой метод обеспечивает равномерное распределение наночастиц и допускает крупномасштабное производство. Воздействие мощного ультразвука позволяет наночастицам проникнуть глубоко внутрь волокон ткани. Ученые провели ряд экспериментов, показывающих, что даже при длительном замачивании в воде наночастицы оксида меди не отделяются от хлопка.
Полевые испытания бактерицидных свойств полученных тканей провели во Вьетнаме, так как в тропическом климате скорость размножения микроорганизмов и их биологическое разнообразие куда выше. В таком климате ткань подвергается повышенной нагрузке за более короткий срок. Испытания длились 12 месяцев, и в течение всего этого срока биоцидные свойства полученных тканей сохранялись.
Исследование прокомментировала автор статьи, сотрудник Лаборатории новых антибактериальных координационных соединений ИОНХ РАН Варвара Веселова: «Нашей задачей было создать дешевые, эффективные и безопасные бактерицидные ткани. Было очень важно подтвердить, что наночастицы оксида меди не растворяются с образованием вредных ионов меди. Для этого мы применили два взаимодополняющих метода: масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой и так называемые lux-биосенсоры, то есть специальные бактерии, которые начинают светиться в присутствии даже ультрамалых концентраций ионов меди.
На следующем этапе были проведены масштабные и длительные натурные испытания ткани. На климатической испытательной станции Хоа Лак в пригороде Ханоя образцы экспонировались 12 месяцев, и каждый месяц проводился анализ количества и типов микроорганизмов на ткани. Количество микроорганизмов на полученных тканях в течение всего срока испытаний было в 100–1000 раз меньше, чем на тканях без обработки. Такие испытания очень ценны, потому что в подавляющем большинстве исследований свойства бактерицидных материалов проверяют на одном-двух видах бактерий. Но ведь в реальности на материал воздействуют десятки видов бактерий, простейших и одноклеточных грибов одновременно. Полевые испытания позволяют проверить реальную эффективность созданного материала».
По словам авторов, использование технологичного способа обработки, невысокая стоимость и доступность исходного сырья, безопасность наночастиц при контакте с кожей позволяют получать ткани, долго сохраняющие высокую прочность даже на открытом воздухе при относительной влажности более 90 %.
Работа по нанесению антибактериального покрытия и характеризации полученных материалов была выполнена в рамках государственного задания Института общей и неорганической химии им. Курнакова РАН. Работа по определению антибактериальной активности текстильных материалов in vitro проводилась в рамках тематического плана государственного задания Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”. Полевые испытания проводили в рамках Программы научно-исследовательских и технологических работ совместного Российско-вьетнамского центра тропических исследований и технологий на 2020–2024 годы (ECOLAN T-1.13).
Источник: Veselova V.O., Kostrov A.N., Plyuta V.A., Kamler A.V., Nikonov R.V., Melkina O.E., Vo Thi Hoai Thu, Le Thi Hue, Dinh Thi Thu Trang, Khmel I.A., Nadtochenko V.A., Kiselev M.G., Ivanov V.K. Prolonged antibacterial action of CuO-coated cotton fabric in tropical climate. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 910–920.
https://nanojournal.ifmo.ru/en/articles-2/volume15/15-6/chemistry/paper18/
Схема
Испытательный стенд с образцами ткани
Чашки Петри с культурами микроорганизмов, смытых с образцов ткани после экспозиции на климатической испытательной станции (автор фото Варвара Веселова)