Елена Иванова из Суинбёрнского технологического института (Австралия) и её сотрудники выяснили, что чёрный кремний является бактерицидным материалом — настолько блистательным, что убивает как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии.

Чёрный кремний был открыт в 1980-х как неожиданный побочный продукт процесса реактивного ионного травления. По сути, это монокристаллический кремний, покрытый сплошным покровом наноиголок высотой около 10 мкм и диаметром менее 1 мкм.

 Г-жа Иванова сообщает, что, разместив на поверхности этого материала разнообразные группы бактерий, наблюдала их гибель с впечатляющей скоростью в 450 тыс. бактерий в минуту на квадратный сантиметр. При этом процесс не имел никакой химической подоплёки, ибо всё происходило за счёт лишь механических свойств «утыканного» микроиголками кремния.

Слева — поверхность чёрного кремния, справа — крыльев Diplacodes bipunctata. Хотя они и разнятся, их бактерицидные качества очень близки. (Здесь и ниже иллюстрации Elena P. Ivanova et al.)

Чтобы наверняка проверить, нет ли связи между химсоставом поверхности и её способностью к уничтожению микробов, учёные сравнили эффективность чёрного кремния с поверхностью крыльев стрекоз вида Diplacodes bipunctata. Как оказалось, они обладают сходной микроструктурой, хотя, естественно, «сделаны» не из кремния. Тесты показали, что оба типа поверхностей почти одинаково опасны для бактерий; это позволяет уверенно говорить о механической природе их бактерицидности. И даже контрольное покрытие обеих поверхностей тонким слоем золота, резко преобразившее их химический состав, не привело к изменению ситуации с массовой гибелью бактерий.

Хотя в экспериментах на чёрном кремнии выращивались лишь золотистый стафилококк (весьма, напомним, устойчивый к большинству антибиотиков), а также сенная и синегнойная палочки, авторы работы уверены, что бактерицидные свойства такой поверхности будут устойчиво воспроизводиться и по отношению к другим видам микробов. Дело в том, что форма микроорганизмов на таких поверхностях заметно отличалась от их формы на стекле и гладком кремнии, и, по мнению исследователей, именно эта механическая деформация, обусловленная микроиглами чёрного кремния и поверхности крыльев стрекозы, в конечном счёте разрушала клеточные стенки. Причём одинаково гибельными они были и для грамотрицательных, и для грамположительных бактерий (притом что клеточные стенки у вторых обычно в 4–5 раз толще). Летальными обе поверхности были и для спор сенной палочки, хотя обычно споры куда менее уязвимы, чем сами микроорганизмы.

Все три группы бактерий и споры сенной палочки на ровных поверхностях (вверху, a–h) выглядят нормальными, в то время как на чёрном кремнии и крыльях стрекоз (внизу) они деформированы контактом со множеством микроигл.

Помимо чисто теоретической ценности исследования, впервые обнаружившего бактерицидные свойства как чёрного кремния, так и гидрофильных абиогенных поверхностей вообще, авторы заявляют о его существенной практической значимости: чёрный кремний довольно легко получать в больших количествах уже сегодня, благо методы его производства широко применяются в электронной промышленности. Что ещё важнее, убийственный эффект поверхностей не зависит от их состава, и, кроме монокристаллического кремния, подобным образом можно структурировать покрытия едва ли не из любого материала, используя их в больницах и медучреждениях для стерильных помещений и профилактики внутрибольничных инфекций. Насколько это важно, объяснять никому не надо, потому что в тех же США или России от подобных инфекций ежегодно погибает несколько десятков тысяч человек. Просто потому, что они оказались в больнице не в то время и не в том месте, а не по причине своей болезни.

Отдельно стоит заметить, что широкое внедрение подобных поверхностей вряд ли будет сопровождаться появлением устойчивых к ним микроорганизмов, как это, к сожалению, происходит с антибиотиками. Кроме нехимической природы такого воздействия, резко отличающейся от механизмов работы антибиотиков, в этом убеждает и то, что крылья стрекоз, существующие сотни миллионов лет, всё ещё остаются вполне смертельными для бактерий.

Введите слово или фразу для поиска: (например, «профендер»)