Ученые выяснили, как наноматериалы, вдохновленные крыльями насекомых, способны уничтожать бактерии при контакте.
Крылья цикад и стрекоз являются естественными убийцами бактерий, явление, которое побудило исследователей искать способы победить устойчивые к лекарствам супербактерии.
Разрабатываются новые антибактериальные поверхности с различными наноструктурами, которые имитируют смертоносное действие крыльев насекомых, но ученые только начинают разгадывать тайны того, как они работают.
В обзоре, опубликованном в журнале Nature Reviews Microbiology, исследователи подробно описали, как эти паттерны уничтожают бактерии - растягивая, разрезая или разрывая их на части.
Ведущий автор, заслуженный профессор Университета RMIT Елена Иванова, сказала, что поиск нехимических способов уничтожения бактерий имеет решающее значение, поскольку более 700 000 человек умирают каждый год из-за резистентной к лекарствам бактериальной инфекции.
«Бактериальная резистентность к антибиотикам является одной из самых серьезных угроз для глобального здравоохранения, и рутинное лечение инфекции становится все труднее», - сказала Иванова.
Когда мы обращаемся к природе за идеями, мы обнаруживаем, что насекомые выработали высокоэффективные антибактериальные системы.
Если мы сможем точно понять, как наноструктуры, вдохновленные насекомыми, убивают бактерии, мы сможем более точно разработать эти формы, чтобы повысить их эффективность против инфекций.
"Наша конечная цель - разработать недорогие и масштабируемые антибактериальные поверхности для использования в имплантатах и в больницах, чтобы создать новое мощное оружие в борьбе со смертельными супербактериями."
Поверхности, убивающие бактерии
Крылья цикад и стрекоз покрыты крошечными наностолбиками, которые были первыми наноструктурами, разработанными учеными с целью имитации их бактерицидного действия.
С тех пор они также точно разработали другие наноформы, такие как листы и проволоки, предназначенные для физического повреждения клеток бактерий.
Бактерии, которые приземляются на эти наноструктуры, обнаруживают, что их тянут, растягивают или разрезают на части, разрывая клеточную мембрану бактерий и в конечном итоге убивая их.
В новом обзоре впервые классифицируются различные способы, которыми эти поверхностные наноструктуры создают необходимые механические силы для разрыва клеточной мембраны.
«Наши синтетические биомиметические наноструктуры существенно различаются по своим антибактериальным характеристикам, и не всегда понятно, почему», - сказала Иванова.
Мы также изо всех сил пытались определить оптимальную форму и размеры конкретного нанопаттерна, чтобы максимизировать его смертоносную силу.
Хотя синтетические поверхности, которые мы разрабатываем, выводят природу на новый уровень, даже глядя на стрекоз, например, мы видим, что у разных видов есть крылья, которые лучше убивают одни бактерии, чем другие.
"Когда мы изучаем крылья в наномасштабе, мы видим различия в плотности, высоте и диаметре наностолбиков, покрывающих поверхности этих крыльев, поэтому мы знаем, что правильное создание наноструктур является ключевым моментом."
Иванова сказала, что рентабельное производство наноструктурированных поверхностей в больших объемах, чтобы их можно было использовать в медицинских или промышленных целях, остается проблемой.
Но недавние достижения в технологиях нанопроизводства показали многообещающие перспективы открытия новой эры биомедицинских противомикробных нанотехнологий, сказала она.
Видео: