«Экологичность и многофункциональность»: российские учёные разработали новый антибактериальный материал

Лид-абзац: Антибактериальные покрытия, которые не дают микробам ни единого шанса на выживание, и «умные» капсулы для лекарств, высвобождающие препарат строго по графику — всё это может стать реальностью благодаря необычному симбиозу кремния и обычных пекарских дрожжей. Группа исследователей из Тульского государственного университета (ТулГУ) предложила принципиально новый подход к созданию пористых материалов, который не требует сложного оборудования и дорогих реагентов. В основе технологии — использование живых микроорганизмов в качестве естественных «архитекторов» пористой структуры.

Как дрожжи строят кремниевые «соты»

Ученые из ТулГУ взяли за основу кремнийорганическую матрицу — полимерную сетку на основе кремния. В эту матрицу они поместили культуру дрожжей Ogataea polymorpha. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы формируют внутри материала разветвленную сеть каналов и полостей. После того как структура готова, дрожжевые клетки удаляют с помощью специального растворителя, оставляя после себя пустоты. Полученный таким образом пористый кремний можно рассматривать как готовую «губку» для активных веществ.

Двойной механизм защиты

Особенность разработки заключается в принципе действия финального продукта. На поверхности кремниевой платформы присутствуют аминогруппы — химические «якоря», к которым легко присоединяются четвертичные аммониевые соединения. Эти соединения известны своей способностью уничтожать широкий спектр патогенов, включая бактерии и грибки. Таким образом, покрытие работает в двух режимах:

• Контактное уничтожение: микроорганизм погибает при непосредственном касании поверхности.
• Пролонгированная защита: активные вещества, хранящиеся в порах, постепенно высвобождаются, предотвращая повторное обсеменение поверхности.

Такой двойной механизм, по словам разработчиков, существенно снижает риск развития устойчивости у бактерий, что является одной из главных проблем современной медицины.

Адресная доставка и экономия ресурсов

Помимо покрытий, пористый материал открывает перспективы в фармакологии. Структура кремниевых «сот» может служить контейнером для лекарственных препаратов. В отличие от традиционных таблеток, где вещество высвобождается почти мгновенно, новая платформа позволяет реализовать принцип адресной доставки. Лекарство будет покидать поры постепенно, по мере необходимости, что позволяет поддерживать постоянную терапевтическую концентрацию в крови и сократить частоту приема. Кроме того, использование такой системы для антисептиков позволит сэкономить дорогостоящие реагенты: покрытие будет расходовать их дозированно, а не испарять или смывать впустую. Производство материала, как отмечают авторы, отличается экологичностью и низкой себестоимостью. В отличие от химических методов получения пористых структур, биотехнологический подход с использованием дрожжей не требует высоких температур, давления или токсичных растворителей. В 2023 году другая группа российских исследователей (из УрФУ) представила бактерицидный нанокомпозит на основе оксида алюминия и серебра. Однако технология тульских ученых выгодно отличается простотой масштабирования и использованием более дешевого сырья — кремния. На данный момент разработка находится на стадии лабораторных испытаний. Следующим этапом для коллектива ТулГУ станет оптимизация размера и формы пор, чтобы адаптировать материал под конкретные медицинские задачи — от заживления ран до имплантологии. Если ученым удастся решить эту инженерную задачу, рынок антибактериальных покрытий и систем доставки лекарств может получить по-настоящему доступную и эффективную альтернативу существующим решениям.