Нанопокрытие с острыми наноиглами уничтожает бактерии механическим способом

Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) разработали новое нанопокрытие, которое физически уничтожает бактерии, прокалывая их клеточные стенки. Это предотвращает образование биоплёнок — слизистых скоплений микроорганизмов, вызывающих внутрибольничные инфекции и другие проблемы.

Момент гибели бактерии. Сканирующая электронная микрофотография структуры MOF, прокалывающей бактерию. Изображение сделано в чистой комнате Myfab Технологического университета Чалмерса, Швеция, в рамках исследования «Механо-бактерицидные поверхности, достигнутые эпитаксиальным ростом металло-органических каркасов». Части фотографии раскрашены. Автор: Технологический университет Чалмерса | Чжэцзян Цао

Ключевым элементом технологии стали металло-органические каркасы (MOF) — класс материалов, за разработку которого в 2025 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Учёные создали покрытие, где один MOF выращивается поверх другого, формируя острые наноиглы.

Сканирующая электронная микрофотография поверхности MOF-on-MOF с острыми нанокончиками, убивающими бактерии. Изображение сделано в чистой комнате Myfab Технологического университета Чалмерса. Части фотографии раскрашены. Автор: Технологический университет Чалмерса | Чжэцзян Цао

«Наше исследование показывает, что эти наноструктуры действуют как крошечные шипы, которые физически повреждают бактерии, попросту прокалывая их, чтобы они погибли. Это совершенно новый способ использования таких металло-органических каркасов», — говорит ведущий автор исследования Чжэцзян Цао.

Основным вызовом было найти правильное расстояние между наноиглами. Если оно слишком большое — бактерии проскальзывают и прикрепляются к поверхности. Если слишком маленькое — механическое напряжение на бактериальную капсулу снижается, и бактерии выживают.

Сканирующая электронная микрофотография поверхности MOF-on-MOF с острыми нанокончиками, убивающими бактерии. Изображение сделано в чистой комнате Myfab Технологического университета Чалмерса. Автор: Технологический университет Чалмерса | Чжэцзян Цао

Метод имеет значительные преимущества: не требует использования антибиотиков или токсичных металлов, что исключает риск развития антибиотикорезистентности. Покрытие можно наносить на различные поверхности, включая температурно-чувствительные материалы, такие как пластики медицинских имплантатов.

Соавтор исследования Ларс Эрстрём отмечает, что MOF-покрытия можно производить при более низких температурах по сравнению с другими решениями, что облегчает крупномасштабное производство. Органические полимеры в MOF могут создаваться из переработанных пластиков, способствуя циркулярной экономике.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Science. Потенциальные области применения включают медицинские имплантаты, катетеры, судовые корпуса и промышленные трубопроводные системы.