Ученые разработали передовую технологию синтеза композитов

12:30, 5 ноября 2020

Композит создан на основе серебра с эффективными антибактериальными свойствами

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

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.