Ученые Томского политехнического университета синтезируют наночастицы золота особой звездчатой формы и покрывают их органическими соединениями. Проведенные эксперименты доказали, что эти наночастицы обладают интересным свойством – под действием лазерного излучения они проявляют антибактериальную активность. Даже теоретически бактерии не смогут выработать устойчивость к таким частицам, поэтому их можно будет использовать для создания новых материалов для больниц и, в частности, операционных, где обнаруживают все новые виды устойчивых к антибиотикам бактерий. Данные по этому исследованию недавно были опубликованы в журнале «Chemistry Open» (Kalachyova et al., Synthesis, Characterization, and Antimicrobial Activity of Near-IR Photoactive Functionalized Gold Multibranched Nanoparticles).
Принципиальная схема получения поверхностно-модифицированных наночастиц
Исследование ведется коллективом ученых на кафедре технологии органических веществ и полимерных материалов Томского политеха совместно с коллегами из Химико-технологического университета Праги. Наночастицы золота, синтезируемые политехниками, получили название «звездчатые» благодаря своей форме. С помощью специально созданных реагентов ученым ТПУ удалось нанести на их поверхность органические соединения методом ковалентной модификации поверхности с использованием ароматических солей диазония.
«Звездчатые наночастицы и методы их синтеза ранее уже были описаны. Нам же удалось модифицировать их поверхность так, чтобы они лучше взаимодействовали с клеточными мембранами, и продемонстрировать их антибактериальные свойства.
Органические соединения на поверхности частиц позволяют им лучше прикрепляться к мембране. Дальше в игру вступает физика процесса: лазер возбуждает плазмонный резонанс, и наночастицы начинают фактически прожигать клеточную мембрану, уничтожая бактерию», – говорит доцент кафедры технологии органических веществ и полимерных материалов Павел Постников.
По словам ученого, перспективное направление использования звездчатых наночастиц – это новые медицинские материалы. Например, частицы могут входить в состав полимерных материалов, из которых делают операционные столы, мебель и другие предметы для операционных и больниц. Без светового воздействия материал будет инертным или слабо проявлять антибактериальную активность.
«Антибиотики – это продукты тех же самых бактерий. Поэтому бактерии могут вырабатывать ферменты, разрушающие антибиотик. Устойчивые к антибиотикам бактерии в основном появляются в больничных условиях, здесь идеальное место для их размножения и естественного отбора. А наночастицы золота или другого благородного металла – это абсолютно чужеродный для бактерии материал.
У бактерий нет никаких механизмов защиты от наночастиц, и даже в теории они не могут выработать устойчивость. Наночастицы можно сравнить с кувалдой для бактерии, от нее просто нет защиты», – поясняет ученый.
Сейчас в больницах для борьбы с болезнетворными микроорганизмами используют ультрафиолетовое излучение кварцевой лампы. Но во время кварцевания люди не должны находиться в помещении. В свою очередь, длина волны светового излучения, активирующая антибактериальную активность наночастиц золота, безопасна для человека.
«Технология с использованием звездчатых наночастиц и лазера не подходит для борьбы с бактериями внутри организма на данном этапе. Однако в перспективе может использоваться для лечения кожных заболеваний. В области же новых материалов – это очень интересное направление. Подбирая форму, размеры наночастиц, сами металлы, варьируя длину волны лазера, можно получать различные материалы с различной функциональной активностью», – добавляет Павел Постников.
Служба новостей ТПУ
