Сложно представить область человеческой деятельности, где не используются полимерные материалы. К полимерам относятся известные всем полиуретан, полипропилен и множество других видов материалов с приставкой «поли-». Эти материалы обладают целым рядом достоинств: при своей лёгкости они имеют высокую прочность и эластичность, недороги в производстве и, в отличие от металлов, не подвержены коррозии.
Однако у полимеров есть свои естественные враги. Микроорганизмы, размножающиеся на их поверхности, приводят к разрушению материалов и снижению срока службы изделий из них. Поиском решения этой проблемы занимаются на кафедре «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» института № 12 «Аэрокосмические наукоёмкие технологии и производства» МАИ.
«Иголки» и электричество
Защищать полимеры от биодеструкции команда кафедры РТН, возглавляемая профессором Верой Матвеевной Елинсон, предлагает с помощью специальных антимикробных покрытий нанометровой толщины.
В процессе работы над проектом было проведено исследование основных характеристик поверхности полимеров, влияющих на развитие микроорганизмов. Команда пришла к выводу, что создать неблагоприятную для микробов среду поможет гидрофобное покрытие, обладающее электрическим зарядом.
— Бактериальные клетки не могут существовать и делиться в среде, не содержащей жидкой воды, — объясняет участник проекта, аспирант кафедры РТН Владислав Кочетов. — Поэтому специфический рельеф и гидрофобность поверхности будут способствовать максимальному отчуждению микробных клеток. Также микроорганизмы имеют свой заряд, поэтому, придавая определённый заряд поверхности, возможно добиться отталкивающего эффекта.
Наиболее перспективными в решении этих задач маёвцы считают фторуглеродные покрытия, сформированные методами ионно-плазменной технологии. Они представляют собой тончайшую плёнку, наносимую на поверхность изделия методом распыления. Электрический заряд плёнки образуется за счёт взаимодействия ионов фтора и углерода. Также покрытие обладает особым микрорельефом, напоминающим иглы ёжика. Если электрический заряд со временем ослабнет, острые, хоть и не видимые глазом «иголки» плёнки всё равно обеспечат защиту от бактерий.
Защита на Земле и в космосе
Команда уже опробовала разработанные покрытия на полиэтилентерефталате (ПЭТФ) — материале, который широко используют при производстве радиоэлектроники, оптических, медицинских и биотехнологических систем, например, оптических линз, мембранных телескопов, имплантатов, лабораторной посуды и др.
— Было доказано, что воздействие электрического поля приводит к изменению устойчивости микроорганизмов на поверхности ПЭТФ, — говорит Владислав. — Однако заряд можно рассматривать как временный барьер, ограждающий материал от микробиологического воздействия. Определить время, в течение которого защита будет максимально эффективной, — наша следующая задача.
Покрытия, разработанные в МАИ, уникальны. Коллектив уверен: с учётом актуальности проблемы биодеструкции полученные результаты будут полезны не только в России, но и за рубежом.
— Разработка будет востребована в аэрокосмической инженерии, в производстве электроники и политроники, где полимерные материалы используются особенно широко и зачастую выходят из строя раньше, чем само изделие, — отмечает маёвец. — Также мы предполагаем, что результаты нашей работы будут внедрены в медицину и помогут добиться максимально длительного срока службы изделий, взаимодействие которых с микроорганизмами неизбежно, например имплантов.
В ближайшее время команда планирует продолжать исследования с использованием расширенной линейки полимерных материалов, а также фторуглеродных смесей разных видов для достижения максимальной эффективности покрытия.
На фото: научный руководитель коллектива — профессор Вера Матвеевна Елинсон, аспиранты кафедры РТН Владислав Кочетов и Павел Щур