Нанотекстура, созданная в лаборатории австралийско-японской группой ученых, убивает до 70% бактерий и сохраняет свою эффективность при переносе на пластик.
Более 30% продуктов питания, произведенных для потребления человеком, становятся отходами, а целые поставки отбраковываются, если обнаруживается рост бактерий.
Исследование закладывает основу для значительного сокращения отходов, особенно при экспорте мяса и молочных продуктов, а также для увеличения срока годности и повышения качества, безопасности и целостности упакованных пищевых продуктов в промышленных масштабах.
Заслуженный профессор Елена Иванова из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, сказала, что исследовательская группа успешно применила природный феномен к синтетическому материалу - пластику.
«Устранение бактериального загрязнения - огромный шаг к увеличению срока годности продуктов», - сказала она.
Мы знали, что крылья цикад и стрекоз являются высокоэффективными убийцами бактерий и могут помочь найти решение, но воспроизвести природу всегда сложно.
Теперь мы создали нанотекстурирование, которое имитирует уничтожающий бактерии эффект крыльев насекомых и сохраняет свои антибактериальные свойства при печати на пластике.
"Это большой шаг к натуральному, нехимическому, антибактериальному упаковочному решению для пищевой и обрабатывающей промышленности."
Исследование, опубликованное в ACS Applied Nano Materials, является результатом сотрудничества RMIT, Токийского столичного университета и Института KAITEKI компании Mitsubishi Chemical.
В 2015 году Австралия экспортировала в Японию продуктов питания и сельскохозяйственной продукции на сумму 3,1 миллиарда долларов США, что сделало ее пятым по величине экспортером таких продуктов в Японию.
Как это работает
Крылья стрекозы и цикады покрыты огромным количеством наностолбиков - притупленных шипов, размером с клетки бактерий.
Когда бактерии оседают на крыле, структура наностолбиков разрывает клетки, разрывая их мембраны и убивая их.
«Это как растягивать латексную перчатку», - сказала Иванова. «По мере того, как он медленно растягивается, самое слабое место в латексе становится тоньше и в конечном итоге порвется».
Команда Ивановой разработала свою нанотекстуру, воспроизведя наностолбики насекомых и разработав собственные нанопаттерны.
Чтобы оценить антибактериальную способность рисунка, бактериальные клетки были проверены в Центре микроскопии и микроанализа RMIT мирового класса.
Лучшие антибактериальные рисунки были переданы японской команде, которая разработала способ воспроизведения рисунков на полимерном пластике.
Вернувшись в Австралию, команда Ивановой протестировала пластиковые наноструктуры и нашла ту, которая лучше всего воспроизводит крылья насекомых, но при этом ее проще всего изготовить и масштабировать.
Иванова сказала, что работать с пластиком было сложнее, чем с другими материалами, такими как кремний и металлы, из-за его гибкости.
«Нанотекстурирование, созданное в ходе этого исследования, сохраняет свою эффективность при использовании в жестком пластике. Наша следующая задача - адаптировать его для использования на более мягких пластиках», - сказала она.
С тех пор, как десять лет назад Иванова и ее коллеги открыли природу крыльев насекомых, убивающих бактерии, они работали над созданием оптимального нанопаттерна, чтобы использовать способность насекомых убивать бактерии и использовать его на ряде материалов.
До недавнего времени было трудно найти подходящую технологию для воспроизведения этого нанотекстурирования в масштабе, подходящем для производства.
Но теперь существуют технологии для масштабирования и применения антибактериальных свойств к упаковке, среди ряда других потенциальных применений, таких как средства индивидуальной защиты.
Их новое исследование основано на исследовании 2020 года по использованию наноматериалов, вдохновленных насекомыми, для борьбы с супербактериями.
Команда заинтересована в сотрудничестве с потенциальными партнерами на следующем этапе исследования - совершенствовании технологии и определении наилучших способов массового производства антибактериальной упаковки.
Пионер в области биомиметических антибактериальных поверхностей, заслуженный профессор Елена Иванова возглавляет группу по исследованию механобактерицидных материалов в Школе наук RMIT.
Исследование проводилось при поддержке Фонда австралийско-японских исследований в рамках австралийско-японского проекта сотрудничества Rio Tinto.
Видео: