Ученые из Университета RMIT, расположенного в Австралии, создали тонкую, гибкую и экономичную пластиковую пленку с нанотекстурой, обладающую способностью уничтожать вирусы при непосредственном соприкосновении. Разработчики вдохновились структурой крыльев насекомых, например, цикад и стрекоз. Наноразмерные узоры, интегрированные в пластик, действуют посредством механического воздействия: при попадании вируса на поверхность, наноструктуры вызывают его растяжение и разрыв, что приводит к полному уничтожению патогена. В перспективе эта технология может предоставить эффективную альтернативу химическим дезинфицирующим средствам для обработки поверхностей, к которым часто прикасаются, таких как экраны мобильных телефонов и медицинские инструменты.
Поверхности, с которыми контактируют люди, являются одним из главных факторов, способствующих распространению инфекций, и это стало особенно заметно во время пандемии COVID-19. На сегодняшний день для предотвращения распространения микробов в основном применяются методы, включающие чистку с использованием химических дезинфицирующих средств. При этом для достижения максимальной эффективности такие средства должны сохранять влажность на протяжении определенного времени, что создает ограничения при их использовании в некоторых ситуациях. К тому же, обработанные дезинфицирующими средствами поверхности могут быстро повторно загрязняться, а агрессивные химические вещества могут негативно влиять на материалы и окружающую среду. Их применение также может способствовать развитию устойчивости микроорганизмов к воздействию лекарственных препаратов.
Альтернативный метод, основанный на изменении свойств поверхностей с помощью антивирусных покрытий, как правило, включает в себя добавление таких веществ, как графен или таниновая кислота, в состав средств индивидуальной защиты. Тем не менее, эти покрытия имеют свои ограничения: они могут быть потенциально токсичны для клеток, а их эффективность уменьшается со временем из-за вымывания действующих компонентов. Специалисты из RMIT разработали совершенно новый способ – модификацию наноструктуры самого пластикового слоя. Изначальной задачей было создание максимально ровной поверхности для предотвращения прикрепления микроорганизмов. Однако последующие наблюдения выявили обратную закономерность: бактерии лучше прилипают к очень гладким поверхностям. Проведенные исследования показали, что бактерицидные свойства крыльев насекомых обусловлены не их химическим составом, а наноскопической структурой, что позволяет им действовать как естественные механические средства уничтожения, разрушающие клетки.
В новой работе, опубликованной в журнале Advanced Science, ученые разработали гибкую акриловую поверхность, состоящую из наноразмерных столбиков. Эти столбики захватывают и деформируют внешнюю оболочку вируса, приводя к ее разрушению. Эффективность материала была протестирована против вируса парагриппа человека 3 типа (hPIV-3), вызывающего бронхиолит и пневмонию. Эксперименты выявили, что в течение часа после контакта с поверхностью около 94% вирусных частиц были уничтожены или повреждены настолько, что утратили способность к размножению. Кроме того, исследователи установили, что для достижения антивирусного эффекта ключевым фактором является расстояние между наностолбиками, а не их высота. Наилучшие результаты наблюдались при промежутке в 60 нанометров; увеличение этого расстояния до 100 нанометров приводило к снижению эффективности, а при 200 нанометрах она практически отсутствовала.
Данный материал подходит для массового изготовления, например, в форме промышленных рулонов, аналогично пластиковой пленке, используемой для упаковки продуктов питания. Важно учитывать, что текущие результаты получены только для одного типа оболочечного вируса, чья липидная оболочка характеризуется повышенной чувствительностью к механическим воздействиям. В дальнейшем планируется оценить эффективность разработки в борьбе с более мелкими и лишенными оболочки вирусами, которые демонстрируют большую устойчивость, а также исследовать взаимодействие материала с криволинейными поверхностями.
Исследование в журнале Advanced Science.