​​​Ученые УрФУ и Института электрофизики УрО РАН, применив оригинальную методику, синтезировали композиты с выраженными антибактериальными свойствами на основе нанопорошков серебра и порошков оксида алюминия. Статью с описанием содержания и результатов опытов соавторы опубликовали в журнале Radiation Physics and Chemistry.

В законченном виде продукт исследований будет выглядеть так: мезопористый наноразмерный оксид алюминия будет служить «транспортным средством» для различных лекарств, например, антибиотиков, а серебряное покрытие придаст композиту дополнительные антимикробные свойства, ведь если к антибиотикам микробы со временем становятся невосприимчивыми, то устойчивостью по отношению к серебру они не обладают.

Работа уральских ученых поистине инновационна.

«Первое отличие нашей технологии в том, что для получения порошков оксида алюминия с серебряным покрытием мы используем импульсные пучки электронов. Поэтому энергия выделяется в очень короткий промежуток времени, в течение порядка 50 наносекунд, и реакции протекают иначе, чем при использовании постоянных пучков электронов. Как следствие, полученные нами композитные нанопорошки имеют фрактальную структуру, состоят из множества пор, и количество „загружаемого“ в них лекарства не меньше, чем у лучших зарубежных аналогов», — объясняет руководитель исследовательской группы, профессор кафедры экспериментальной физики УрФУ, ведущий научный сотрудник ИЭФ УрО РАН Сергей Соковнин.​

Во-вторых, ученые создали новый способ получения нанопорошков серебра: с помощью многоатомных спиртов — глицерина, ксилита, сорбита (их выбор был продиктован в том числе безопасностью для человека) —приготавливался раствор нитрата серебра, под воздействием импульсного пучка электронов он распадался, образуя атомы серебра, которые конденсировались на ОН-группах многоатомных спиртов. Эксперименты, в частности, показали, что облучение в растворе ксилита приводит к 15-кратному росту удельной площади получаемых порошков (максимальная удельная поверхность нанопорошков серебра, полученных екатеринбуржцами, — 39,1 см2/г).

«Мы впервые обнаружили, что количество ОН-групп в многоатомных спиртах — существенный фактор: именно они являются центрами образования наночастиц серебра, и чем больше таких центров, тем меньше наночастицы серебра, которые на них конденсируются. Нашей группе удалось получить частицы серебра размером 5–15 нанометров», — продолжает Сергей Юрьевич.

В-третьих, в УрФУ и ИЭФ УрО РАН добились того, что размеры поверхности композитного нанопорошка, покрытой серебром, можно регулировать временем выдержки после облучения (для этого использовали суспензию на основе раствора сорбита). Установлено, что площадь покрытия оксидной основы может варьироваться от 2–3% до 16–40%: в первом случае период выдержки композита составил 15 часов, а размер частиц серебра достиг 50 нанометров, во втором — композит выдерживали 96 часов, частицы серебра выросли до 80 нанометров.

Чем больше площадь покрытия серебром, тем, соответственно, сильнее антибактериальные свойства композита. А поскольку такими свойствами обладает лишь поверхностный слой серебра, «внутри» композита его можно заменить тем же оксидом более дешевого алюминия, таким образом, удешевив технологию и значительно уменьшив расход драгоценного металла.

Антибактериальные свойства композита были изучены на винных дрожжах, кишечной палочке и золотистом стафилококке. Во всех случаях материал подтвердил эффективность.

Добавим, что исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Свердловской области в рамках научного проекта № 20-48-660019 р_а «Разработка радиационной технологии получения и исследование физико-химических свойств и биологической активности нанопорошков оксидов металлов, покрытых серебром, для создания лекарств и систем доставки лекарств».

«Дальнейшие задачи, стоящие перед нами, — найти стабилизирующее вещество для получения более равномерного покрытия серебром оксидной основы и, используя такие наполнители, как кремний и висмут, разработать многофункциональный препарат, который одновременно будет являться носителем лекарства и антибактериальным средством, которое при этом легко обнаруживается с помощью рентгеновского излучения. Это позволит проводить направленную терапию, доставляя лекарства в заданный участок организма», — заключает Сергей Соковнин.

Намеченная научная программа будет выполняться с привлечением специалистов из института естественных наук и математики УрФУ, Института химии твердого тела УрО РАН, Уральского государственного медицинского университета.

Справка

Разработка новых методов получения нанопорошков серебра и композитов на их основе — актуальная сфера естественнонаучных разработок в целях создания новых материалов для лечения различных заболеваний и патологий и развития биотехнологий. Так, известно, что применение композитов на основе серебра перспективно в лечении ангиогенных заболеваний, таких как рак, и в регенерации костной ткани. Кроме того, данные композиты являются многообещающими материалами в эндопротезировании суставов, зубной трансплантологии, а также в качестве фотокаталитических агентов для обеззараживания воды.

УрФУ — один из ведущих университетов России и участник проекта 5-100, отмечает в 2020 году столетие. Вуз расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных студенческих игр 2023 года. УрФУ выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».


Фото: SEM-фотография композитов, выдержанных в суспензии 96 (слева) и 15 часов (справа)/Radiation Physics and Chemistry.

Источники

Физики УрФУ создали композит с антибактериальными свойствами
Научная Россия (scientificrussia.ru), 05/11/2020
Ученые разработали передовую технологию синтеза композитов
Уральский федеральный университет (urfu.ru), 05/11/2020

Похожие новости

  • 09/11/2020

    Квантовый шум: обзор новостей из мира элементарных частиц

    ​Специалисты в области субатомной физики не унимаются: в последние полгода они расщепляли ядра, двигали зеркала квантовым шумом, ловили протоны и делали множество других интересных вещей. Мы подготовили очередной обзор новостей из мира элементарных частиц.
    371
  • 29/12/2020

    Более 200 миллионов человек узнали об исследованиях ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН»

    В 2020 году новости об исследованиях ученых Красноярского научного центра СО РАН увидели более 200 миллионов человек. Самыми заметными в СМИ научными результатами стали новая гипотеза о природе Тунгусского метеорита, создание теста на клещевой энцефалит на основе светящейся бактерии и обнаружение тепловых аномалий в мерзлоте после пожаров на севере Красноярского края.
    924
  • 28/12/2020

    Топ-10 ярких научных открытий 2020 года

    В этом году несомненным и главным научным итогом года стали разработки в области борьбы с коронавирусом. Но, несмотря на важность этих исследований, не стоит забывать о не менее интересных работах ученых из других научных областей.
    505
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    1086
  • 30/10/2020

    В Якутии создали устройство, которое в два раза сокращает число вирусов в общественном транспорте

    ​Резидент технопарка "Якутия" компания Jera Ai разработала и установила в маршрутном автобусе рециркулятор, созданный специально для обеззараживания воздуха в автотранспорте. Тестирование воздуха показало, что устройство снижает число бактерий и микробов в 2 раза.
    515
  • 01/12/2020

    Годы научно-технического сотрудничества выведут отношения Китая и России на новый уровень

    Председатель КНР Си Цзиньпин и президент России Владимир Путин 26 августа 2020 года поздравили друг друга с открытием китайско-российских Годов научно-технического и инновационного сотрудничества. Научные и технологические коллективы двух стран используют эти годы, чтобы благодаря конкурсам, совместным исследованиям, занятиям в университетах и другим проектам вывести китайско-российские отношения на более высокий уровень.
    469
  • 25/12/2020

    Вакцины от COVID-19, древние граффити и тайна Тунгусского феномена: научные открытия 2020 года в России

    ​​Российские вакцины Уходящий год стал глобальным вызовом для мировой науки и медицины в связи с пандемией COVID-19.  Первой зарегистрированной российской вакциной стала разработка института им.
    787
  • 26/10/2020

    Изучен комплекс лактатдегидрогеназы с оксидом железа

    ​Учёные исследовали свойства соединения фермента лактатдегидрогеназы с наночастицами оксидов металлов. Оказалось, что добавление металла делает белок устойчивее к повышенной температуре. Эти результаты важны для решения широкого спектра биохимических, биологических, фармакологических или клинических задач.
    312
  • 14/12/2020

    Онлайн-семинар ИВМиМГ СО РАН по численному моделированию природных процессов

    ​​15 декабря 2020 года в 16.00 онлайн состоится заседание семинара ИВМиМГ СО РАН "Численные методы прямого и обратного моделирования природных процессов", д.ф.-м.н. Иван Гаврилович Казанцев сделает доклад "Прямое и обратное моделирование в задачах эмиссионной томографии и трансмиссионной электронной микроскопии".
    511
  • 23/11/2020

    Единой командой. Альянс науки и бизнеса обеспечит массовую вакцинацию от коронавируса

    ​​Недавние новости о российской вакцине «Спутник V» впечатляют. О ее высокой эффективности объявили Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи и Российский фонд прямых инвестиций.
    385