Материал начинает "работать" против микробов по команде.
Исследователи из швейцарского института материаловедения Empa разработали ультратонкие покрытия на основе графена, способные нейтрализовать опасные больничные патогены, используя лишь инфракрасный свет. Во время испытаний материал уничтожил почти все следы одного устойчивого к лекарствам бактериального штамма и более 90 процентов другого. Это исследование может стать поворотным моментом в глобальной борьбе с устойчивостью к антибиотикам, пишет Iindian Defence Review.
Отмечается, что угроза, которую представляют устойчивые к лекарствам микробы, больше не является отдаленным предупреждением, это уже стало кризисом. "Традиционные антибиотики теряют позиции против растущего количества патогенов, а существующие антимикробные покрытия, используемые на медицинском оборудовании, имеют свои проблемы, от аллергических реакций до ограниченной эффективности против вирусов", – говорится в статье.
Исследователи из Empa считают, что наноматериалы предлагают выход из ситуации. Лаборатория наноматериалов, которую возглавляет Питер Вик, более двух десятилетий изучает взаимодействие специализированных материалов с человеческим организмом. Его команда создает новый класс антимикробных технологий, которые можно включать и выключать с помощью света.
С графеном, производным углерода, состоящим из одного атомного слоя, много работали в чешском Университете Палацкого в Оломоуце. Оттуда к проекту Лаборатории присоединился один из химиков, Джакомо Рейна.
Полученный материал сочетает оксид графена с поливиниловым спиртом, пластиком, который обычно встречается в пищевой промышленности. Покрытие настолько тонкое, что оно невидимо невооруженным глазом. Это означает, что его можно наносить на медицинское оборудование, не изменяя его внешнего вида. Рейна синтезировал четыре различных формулы, каждая из которых разработана для улучшения определенных свойств. Как он отмечает, считается, что это первые антимикробные покрытия на основе графеновой кислоты.
По словам Рейны, наноматериалы должны быть не только антимикробными, но и совместимыми с тканями, экологически чистыми и химически стабильными – сочетание, которое существующие металлические покрытия с использованием серебра, меди или диоксида титана до сих пор не смогли полностью обеспечить.
Механизм антимикробного действия материала заключается в точной цепной реакции. Под воздействием ближнего инфракрасного света покрытие нагревается примерно до 44 градусов Цельсия. По данным исследовательской группы, это тепло ослабляет микробы. Но более значительный эффект носит химический характер: свет запускает реакцию между наноматериалом и окружающим кислородом, образуя высокореактивные молекулы, известные как кислородные радикалы, которые атакуют и повреждают бактериальные поверхности.
Самое важное то, что инфракрасный свет может проникать через ткани тела на глубину до двух сантиметров, что позволяет активировать покрытие имплантата снаружи. Антимикробный эффект также можно настраивать. Как объясняет Рейна, реакцию можно включать и выключать, или регулировать ее интенсивность, просто контролируя количество подаваемой световой энергии. Замена инфракрасных ламп на лазеры обеспечивает еще большую хирургическую точность.
Испытания в лаборатории подтвердили эффективность подхода: первый из четырех материалов уничтожил почти 100 процентов одного бактериального штамма и около 91 процента второго, что, по словам команды, превосходит покрытия на основе серебра, которые сейчас используются в клинической практике.
После подтверждения концепции команда теперь сосредотачивается на конкретной и актуальной медицинской проблеме: инфекциях, вызванных зубными имплантатами, которые в серьезных случаях могут распространяться на челюстную кость или по всему телу. Докторантка Паула Бюргиссер, которая начала работу над диссертацией летом 2025 года, возглавляет это направление исследования под совместным руководством Вика и профессора Роланда Юнга из Центра стоматологической медицины Цюрихского университета.
Концепция проста. По словам команды, часть зубного имплантата, которая контактирует с тканью десны, будет предварительно покрыта наноматериалом. После установки имплантата на поверхность подается свет, чтобы удалить микробы. Затем обработку можно повторить во время плановых осмотров или каждый раз, когда возникает инфекция. Тестирование показывает, что материал сохраняет свои антимикробные свойства благодаря многократной реактивации без деградации.
Однако путь к клиническому применению остается долгим. Команда намерена привлечь партнера из частного сектора в течение трех-четырех лет для начала клинических испытаний, но Вик предупреждает, что широкий доступ для пациентов может появиться еще через десятилетие или более. Заглядывая в будущее, лаборатория нацелена на более широкое применение, от датчиков на основе наноматериалов до терапии рака.
Напомним, что ученые обнаружили замороженные в древней подземной ледяной пещере бактерии, устойчивые к 10 современным антибиотикам. Несмотря на риск, эти бактерии могут помочь разработать новые стратегии для предотвращения роста устойчивости к антибиотикам, вызванного чрезмерным использованием препаратов.