Ультразвук меняет антибактериальные свойства латуни

Многие металлы обладают разнообразными антибактериальными механизмами. Медь, к примеру, может изменять степень окисления и передавать оставшийся электрон перекиси водорода. Это способствует появлению активных форм кислорода, способных разрушать окружающие молекулы. У цинка — другой механизм. Этот металл взаимодействует с белками, в конечном счёте нарушая метаболизм бактерий, и они гибнут.

«Очень перспективно использовать наночастицы сплава меди и цинка — латуни. По сравнению с пластиной той же массы, что и частицы, последние имеют гораздо большую площадь активной поверхности. Нам интересно улучшить их бактерицидные свойства, и мы применили для этого ультразвук. Акустические вибрации высокой частоты позволяют реализовать очень необычные явления. Например, в жидкости мы сталкиваемся с эффектом кавитации, когда образуются пузырьки, при схлопывании образующие крошечные области с давлением в несколько атмосфер и тысячеградусной температурой. Они могут влиять на поверхность латунных частичек, создавая не только особый рельеф и увеличивая поверхность, но и вызывая образование новых веществ и структур, возможно, более сильных в плане уничтожения микробов», — рассказывает Михаил Носоновский, профессор, победитель ITMO Fellowship and Professorshiр, руководитель группы трибоинформатики НОЦ инфохимии Университета ИТМО.

В новой работе петербургские учёные показали, что обработка частиц латуни ультразвуком приводит к особому зонированию: разделению поверхности на фракции, которые отличаются по структуре, строению и свойствам. Одна из фракций содержит преимущественно медь, а вторая — цинк.

Таким образом, ультразвуковое воздействие приводит к «сложению» эффектов двух металлов, что важно для подавления микробов, таких как кишечная палочка. Важно и то, что составом фракций можно управлять, выбирая определённые характеристики колебаний ультразвука. Авторы работы также привели математическое описание наблюдаемого явления.

«Это позволяет нам управлять и свойствами латунных частиц. Все зависит от того, против каких патогенных микроорганизмов мы хотим бороться, какие метаболические пути и структуры нам нужно поразить. Например, ионы меди обладают более обширным действием и эффективны против патогенов, не нуждающихся в кислороде, в то время как ионы цинка более избирательны — они свяжутся только с определенными участками белков. Варьируя соотношение фракций столь простым способом, как ультразвуковая обработка, мы можем создать идеальные антимикробные повязки, ускоряющие заживление инфицированных ран», — подводит итог Светлана Уласевич, доцент, руководитель группы биомиметических материалов НОЦ инфохимии Университета ИТМО.