При изготовлении умного клея группа инженеров обнаружила полезный побочный продукт: перекись водорода. В форме микрогеля он снижает способность бактерий и вирусов инфицировать как минимум на 99 процентов.
Докторский проект Хао Мэн сосредоточен на тестировании биосовместимости и извлечении липкой аминокислоты из мидий. Подобный клею катехин обещает быть умным клеем - небольшой разряд электричества может включать и выключать липкость - но это не единственное его потенциальное применение.
«В процессе Мэн обнаружил, что в результате химической реакции образуется перекись водорода как побочный продукт окисления», - говорит Брюс Ли, доцент кафедры биомедицинской инженерии и советник Мэн в Мичиганском технологическом университете.«Она начала думать, а что, если бы мы могли использовать перекись водорода?»
Ответ положительный, и технология, которая делает возможным использование этого портативного целебного дезинфицирующего средства, является предметом новой статьи, опубликованной в Acta Biomaterialia. Работа объединила междисциплинарную команду инженеров для изучения не только технических разработок, но и физических и биологических свойств материала. В число соавторов входят Кэрин Хельдт, Джеймс и Лорна Мак, заведующие кафедрой биоинженерии, и Меган Фрост, временно исполняющая обязанности заведующей кафедрой кинезиологии и интегративной физиологии, а также доцент биомедицинской инженерии и аффилированный доцент кафедры материаловедения и инженерии.
Так же, как Желе После того, как Мэн впервые заметила, что в результате ее реакций образуется перекись водорода, она начала думать, в какую форму лучше всего поместить побочный продукт. химическая реакция, и она хотела найти способ повторного использования материала. Итак, команда сделала микрогель.
«Гель похож на желе», - говорит Ли. «Это полимерная сеть с большим количеством воды. И, как и в случае с желе, мы начинаем с жидкости и затвердеваем, придавая ей форму».
Микрогели похожи на крошечные пузырьки желе. Невооруженным глазом сухая форма представляет собой невзрачный порошок. Суспендировать его в растворе с нейтральным или слегка щелочным pH, таком как дистиллированная вода или солевой раствор, такой как средство для чистки контактных линз, и цикл перекиси водорода запустится. Предоставленные сами себе, микрогели микронного размера генерировали от одного до пяти миллимолей в течение четырех дней. Как только порошок микрогеля снова высыхает, материал в основном восстанавливается, надежно хранится в небольшом пакете и может быть использован повторно. Это как бутылка с дезинфицирующим средством по запросу - без громоздкой бутылки и проблем с опасным хранением.
Противомикробные и противовирусные
Вдохновение для создания этой легендарной коричневой бутылочки в аптечке появилось не в лаборатории; организм естественным образом вырабатывает перекись водорода, помогающую заживлять порезы, и это вещество широко используется в медицине для уничтожения бактерий и даже вирусов. Поскольку порошок микрогеля продолжает создавать и выделять перекись водорода, его эффективность остается высокой, особенно по сравнению со старой техникой ватных шариков.
Команда изучила воздействие микрогеля на два распространенных бактериальных штамма и два структурно различных вируса. Сюда входят тонкостенные и грамположительные Staphylococcus epidermidis, а также более непроницаемые и грамотрицательные кишечные палочки (E. coli). Они также изучили чрезвычайно устойчивый безоболочечный паровирус свиней (PPV) и более легко инактивируемый оболочечный вирус вирусной диареи крупного рогатого скота (BVDV). Из-за твердой белковой оболочки вокруг PPV, которая делает его и другие вирусы без оболочки более устойчивыми к биоцидам, команда была приятно удивлена, увидев, что микрогель по-прежнему снижает способность вируса заражать клетки на 99,9%. (С технической точки зрения, это значение снижения заразности на три логарифма.) При BVDV они наблюдали снижение заразности на 99,999%.
От кемпинга до полей сражений
Возможности практически безграничны. Везде, где может быть маленькая сумка, может быть и эта технология. Будь то путешествие в отдаленные районы, космические станции, отдаленные клиники или зоны боевых действий, небольшое лечение для предотвращения инфекции может иметь большое значение. Хотя Ли и его команда говорят, что технология не совсем готова для Amazon Prime, они надеются, что работа покажет многообещающие результаты для различных приложений, возможно, даже для устойчивости к антибиотикам..
«Мы еще не тестировали штаммы бактерий, устойчивых к антибиотикам, но чем больше мы сможем отказаться от использования антибиотиков, тем лучше», - говорит Ли. «Предстоит еще много работы. Мы хотим продемонстрировать, при каких условиях он способствует заживлению и как на него реагирует клетка. Перекись водорода в высоких концентрациях также может убивать клетки, поэтому нам нужен баланс, который меняется для разных типы ячеек."