Ученые из Института высокомолекулярных соединений (ИВС) РАН нашли способ, позволяющий контролировать «прилипание» (адгезию) бактерий к поверхности полученных ими электропроводящих полиэлектролитных пленок. Это позволит создавать надежные метаматериалы для биомедицинских изделий — имплантатов, биосенсоров и т.д.
Сегодня биомедицинская техника используется для лечения сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний, применяется в качестве средства дистанционного мониторинга жизненно важных параметров организма человека, в медицинской робототехнике. Например, биоэлектронные имплантируемые устройства, работающие на принципе электростимуляции, которые используются для лечения пациентов, страдающих эпилепсией, болезнью Паркинсона, глухотой, эссенциальным тремором. Для создания биомедицинской техники применяют метаматериалы — композиционные искусственно структурированные материалы с «настраиваемыми» свойствами, которые отсутствуют у природных материалов.
Однако микроорганизмы — грибки и бактерии — способны приводить к изменению структурных и функциональных характеристик и даже к разрушению полимерных материалов. Особенно остро данная проблема стоит в области конструирования биоэлектрохимических устройств, в которых используются электропроводящие полимеры. Компоненты крови человека (как, например, сывороточный альбумин) при взаимодействии с имплантированной биоэлектроникой с длительным сроком службы могут вызывать неспецифическую адгезию — то есть «прилипание» микроорганизмов к устройству. Накопление биологически активных веществ на поверхности электропроводящих полимерных пленок приводит к сбою в работе биоэлектроники.
Решить проблему могут специальные пленки, способные отталкивать разрушающие полимеры элементы. Созданием таких «умных» пленок занимаются в Институте высокомолекулярных соединений РАН. Ученые нашли способ, позволяющий контролировать адгезию бактерий на поверхности полученных ими электропроводящих полиэлектролитных пленок. На основе таких пленок возможно конструирование биоэлектрохимических устройств, например электрохимических насосов для лечения нейропатической боли, являющихся разновидностью систем адресной доставки лекарств.
«Мы научились синтезировать композитные полиэлектролитные микросферы, содержащие в своей структуре электропроводящий полимер — поли(3,4)-этилендиокситиофен, и сделали на их основе «умные» пленки. Они показали свою эффективность в качестве противообрастающих покрытий: сорбция (поглощение) бактерий E. coli на их поверхности задается управлением формой электропроводящего полимера (восстановленная/окисленная), что зависит от приложенного напряжения», — рассказала старший научный сотрудник лаборатории полимерных сорбентов и носителей для биотехнологии ИВС РАН, кандидат химических наук Наталья Шевченко.
Научный проект находится в стадии разработки. Ученые уже изучили первые успешные полимерные пленки, для которых продемонстрирована возможность контроля адгезии бактерий на поверхности. Исследования продолжаются, в дальнейшем ученые планирует совместную работу с медиками.
Исследования поддержаны Минобрнауки России и Комитетом по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга. Научная статья была опубликована в журнале Sensors DOI.