Лазерный мир

Ученые Томского политехнического университета синтезируют наночастицы золота особой, звездчатой формы, и покрывают их органическими соединениями. Проведенные эксперименты доказали, что эти наночастицы обладают интересным свойством — под действием лазерного излучения они проявляют антибактериальную активность. Даже теоретически бактерии не смогут выработать устойчивость к таким частицам, поэтому их можно будет использовать для создания новых материалов для больниц и, в частности, операционных, где обнаруживают все новые виды устойчивых к антибиотикам бактерий. Данные по этому исследованию недавно были опубликованы в журнале «Chemistry Open».

Synthesis, Characterization, and Antimicrobial Activity of Near-IR Photoactive Functionalized Gold Multibranched Nanoparticles
Surface-modified gold multibranched nanoparticles (AuMs) were prepared by simple chemical reduction of gold chloride aqueous solution followed by in situ modification by using water-soluble arenediazonium tosylates with different functional organic groups. Chemical and morphological structures of the prepared nanoparticles were examined by using transmission electron and scanning electron microscopies. The covalent grafting of organic compounds was confirmed by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) and Raman spectroscopy techniques. Covalent functionalization of nanoparticles significantly expands the range of their potential uses under physiological conditions, compared with traditional non-covalent or thiol-based approaches. The antibacterial effect of the surface-modified AuMs was evaluated by using Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis bacteria under IR light illumination and without external triggering. Strong plasmon resonance on the AuMs cups leads to significant reduction of the light power needed kill bacteria under the mild conditions of continuous illumination. The effect of the surface-modified AuMs on the light-induced antibacterial activities was founded to be dependent on the grafted organic functional groups.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/open.201600159/full

Исследование ведется коллективом ученых на кафедре технологии органических веществ и полимерных материалов Томского политеха совместно с коллегами из Химико-технологического университета Праги. Наночастицы золота, синтезируемые политехниками, получили название «звездчатые» благодаря своей форме. С помощью специально созданных реагентов ученым ТПУ удалось нанести на их поверхность органические соединения методом ковалентной модификации поверхности с использованием ароматических солей диазония.

«Звездчатые наночастицы и методы их синтеза ранее уже были описаны. Нам же удалось модифицировать их поверхность так, чтобы они лучше взаимодействовали с клеточными мембранами, и продемонстрировать их антибактериальные свойства.

Органические соединения на поверхности частиц позволяют им лучше прикрепляться к мембране. Дальше в игру вступает физика процесса: лазер возбуждает плазмонный резонанс, и наночастицы начинают фактически прожигать клеточную мембрану, уничтожая бактерию»,

— говорит доцент кафедры технологии органических веществ и полимерных материалов Павел Постников.

Фото: Принципиальная схема получения поверхностно-модифицированных наночастиц.

По словам ученого, перспективное направление использования звездчатых наночастиц — это новые медицинские материалы. Например, частицы могут входить в состав полимерных материалов, из которых делают операционные столы, мебель и другие предметы для операционных и больниц. Без светового воздействия материал будет инертным или слабо проявлять антибактериальную активность.

«Антибиотики — это продукты тех же самых бактерий. Поэтому бактерии могут вырабатывать ферменты, разрушающие антибиотик. Устойчивые к антибиотикам бактерии в основном появляются в больничных условиях, здесь идеальное место для их размножения и естественного отбора. А наночастицы золота или другого благородного металла — это абсолютно чужеродный для бактерии материал.

У бактерий нет никаких механизмов защиты от наночастиц, и даже в теории они не могут выработать устойчивость. Наночастицы можно сравнить с кувалдой для бактерии, от нее просто нет защиты»,

— поясняет ученый.

Сейчас в больницах для борьбы с болезнетворными микроорганизмами используют ультрафиолетовое излучение кварцевой лампы. Но во время кварцевания люди не должны находиться в помещении. В свою очередь, длина волны светового излучения, активирующая антибактериальную активность наночастиц золота, безопасна для человека.

«Технология с использованием звездчатых наночастиц и лазера не подходит для борьбы с бактериями внутри организма на данном этапе. Однако в перспективе может использоваться для лечения кожных заболеваний. В области же новых материалов — это очень интересное направление. Подбирая форму, размеры наночастиц, сами металлы, варьируя длину волны лазера, можно получать различные материалы с различной функциональной активностью», — добавляет Павел Постников.

Источник: http://news.tpu.ru/news/2017/03/03/26882/