Научный коллектив НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Чехии и Новосибирска представили наноструктурированные повязки с медным покрытием, способные быстро высвобождать ионы меди в жидкой среде. Данный материал имеет большие перспективы для перевязок ран благодаря интересному синергетическому эффекту: с одной стороны, быстрое высвобождение ионов меди убивает бактерии, с другой — стимулирует регенерацию тканей с активацией иммунных клеток. Результаты проекта опубликованы в международном научном журнале Membranes.
Антибактериальные свойства меди известны с древнейших времен. В настоящее время нановолокна с медным покрытием востребованы для процессов промышленного катализа, электрохимии, зондирования, а также активно изучаются для применения в биомедицине. Биомедицинское использование нановолокон покрытых медью особенно популярно, поскольку они эффективно ускоряют заживление ран, могут фильтровать бактерии и вирусы и регенерировать костную ткань.
Преимущество использования структуры нановолокон вместо других форм нано- или микроматериалов также заключается в их высоком соотношении поверхности к объему, и, что важно в производстве, возможности изготавливать из таких материалов листы или фольги без каких-либо ограничений по размеру.
Однако, получение покрытых медью нановолокон — довольно сложная задача, требующая множества химических этапов, а значит, и значительных финансовых и организационных затрат.
Международному коллективу ученых из НИТУ «МИСиС», НИИКЭЛ — филиал ИЦиГ СО РАН и CEITEC BUT впервые удалось нанести медь на термочувствительные полимерные волокна методом магнетронного распыления.
«В данной работе мы показали простой, надежный и масштабируемый метод получения нановолокон с медным покрытием, основанный на магнетронном напылении меди на основу из биоразлагаемых нановолокон из поликапролактона (PCL). Термочувствительные полимерные нановолокна никогда не тестировались в качестве подложки для осаждения меди магнетронным распылением. Основная проблема заключалась в нанесении хорошо адгезируемого металлического покрытия на поверхность мембраны PCL с высоким содержанием меди без разрушения нановолоконной структуры основы», — рассказала соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Елизавета Пермякова.
По словам авторов, они впервые провели крупномасштабное моделирование облучения пленок методом молекулярной динамики, которое позволило прогнозировать глубину проникновения ионов и настраивать условия осаждения до нужных параметров.
Полученные нановолокна были протестированы в качестве антибактериальных агентов для различных грамположительных и грамотрицательных бактерий. Как показали лабораторные опыты, быстрое выделение в жидкой среде ионов меди (концентрация до 3,4 мкг / мл) привело к значительному подавлению колоний кишечной палочки и золотистого стафилококка.
При этом ионы меди необходимы для бактериостатического действия клеток иммунной системы. Реакционноспособные полимерные покрытия, плазменно-осажденные на поверхность нановолокон с медью, можно применять в качестве ускоряющего «субстрата» жизнеспособных белков, пептидов или лекарств.
Нановолокна с медным покрытием станут отличным антибактериальным и пробиотическим материалом для перевязок ран благодаря интересному синергетическому эффекту: с одной стороны, быстрое высвобождение ионов меди убивает бактерии, а с другой стороны, стимулирует регенерацию с активацией иммунных клеток.
В настоящее время научный коллектив исследует универсальность использования разработанных нановолокон для биомедицинских приложений. Проведенное исследование финансировалось Российским фондом фундаментальных исследований РФФИ (проект № 20-52-26020) и Чешским научным фондом (проект № GACR 21-12132J).