web analytics
 
 
04.05.2017 Превента България

Антибактериални повърхности вдъхновени от крилата на цикади и водни кончета

водно конче

крилата на насекоми вдъхновяват създаването на антибактериални повърхности

Ето още една причина да обичаме насекомите: учени са открили тънки структури на крилата на цикади и водни кончета, които убиват бактерии по физичен начин, без химически съставки.

Екип учени от Испания и Австралия са направили откритие – първия до сега биоматериал, който може да убива бактерии единствено поради своята специфична структура. В свое проучване, публикувано в Biophysical Journal, учените описват структурата на крилата на цикадите – покрити с множество „шипчета“ с нано- размер. Тези шипчета улавят и бавно убиват бактерията като разтягат нейните клетки.

Под микроскоп, учените наблюдават какво се случва, когато бактерията попадне върху повърхността на крилото на цикадата. Противно на очакваното, тя не се спуква, когато се допре до шипчетата. Тъй като тези стърчащи форми не са достатъчно остри, за да я спукат, бактерията, която има по-еластични стени, се „разлива“ по формата на крилото, заемайки и частите между няколко шипчета. За да стане по-ясно какво се случва оттук насетне, може да се даде следния пример: да си представим балон, пълен с вода, който се приземява върху дъска със стърчащи тъпи пирони. Пироните не са достатъчно тъпи, за да го пробият, и от тежестта на водата балонът разпределя масата си върху и между пироните. Пироните, въпреки че не го спукват веднага, нараняват повърхността му, и след време водата от балона започва да изтича. Нещо подобно се получава и с бактерията, приземила се върху крилото на цикада. Шипчетата по крилото не я убиват, но нараняват нейните клетки и скоро бактерията умира.

цикада

Докато грам-позитивните бактерии с по-нееластични мембрани не могат да бъдат убити от крилото на цикадата, грам-негативните с еластични мембрани умират. За да докажат, че причината се корени в еластичността на бактерията, учените подлагат на микровълново лъчение грам-позитивните бактерии с цел да постигнат различни степени на еластичност. След микровълновто облъчване, грам-позитивните бактерии също придобиват по-голяма еластичност и стават уязвими за крилото на цикадата. Видове бактерии, които са уязвими в своето естествено състояние – т.е. не облъчено – са Escherichia coli, която причинява хранително натравяне, и Pseudomonas aeruginosa, която причинява ушни инфекции.

А ето как учените Gregory Watson и Jolanta Watson са открили случайно изненадващата способност на цикадите, докато са били сред природата. Те забелязали умрели цикади, чиито крила се разлагали много по-бавно в сравнение с останалите части на телата им. Това наблюдение ги подтикнало да направят няколко сериозни изследвания в тази област, не само на крилата на цикадите, но и на крилата и на други насекоми.

Проучването може да е много полезно за учените в създаването на нови антибактериални повърхности и материали. Приложението им може да бъде многообхватно, например дръжките на вратите на обществени места. По този начин може да се ограничи разпространението на зарази, причинени от грам-негативни бактерии като E. coli, Salmonella, Campylobacter.

Поради все по-голямото нарастване на резистентността на много бактерии към антибиотици, медицината е изправена пред големи предизвикателства. Откриването на уникалната повърхност на крилата на цикадите може да даде голям принос за развитието на медицината в създаването на антибактериални повърхности, разчитащи единствено на физическата структура и лишени от химическа намеса. Намаляването на употребата на химически препарати носи полза и за човешкото здраве и за опазването на околната среда.

Използването на антибактериални повърхности, подобни на структурата на крилата на цикадите, би било много полезно за медицински изделия, транспланти, контактни лещи. При последните може дори напълно да се избегнат антибактериалните разтвори, ако се усъвършенстват тези структури.

водно конче
При крилата на цикадите обаче по-дебелите и заоблени шипчета не успяват да умъртвят грам-позитивните бактерии. Екип учени, сред които Albert F. Yee, Mary Nora Dickson, Elena Liang са изследвали крилете на водните кончета. При тях се наблюдава подобна структура на крилата, но с разликата, че шипчетата са по-тънки и по-остри, което убива и бактерии с неаластични клетки на стените, като грам-позитивните бактерии. Това дава голяма надежда за учените, защото чрез създаването на подобна физична структура, биха могли да произвеждат техника, предмети и покрития за болниците, които реално да бъдат антибактериални. По този начин биха ограничили разпространението на все опасни бактериални инфекции, като Staphylococcus aureus и Streptococcus. Особено полезно би било елиминирането на метицилин-резистентните Staphylococcus aureus, често срещани в болниците и както името подсказва, изключително трудни за лечение.

За съжаление, от техническа гледна точка изработването на структури с шипчета, наподобяващи шипчетата на крилата на водното конче, се оказва много по-трудна задача, в сравнение с много по-стабилните форми на шипчетата при цикадите. Учените в момента прилагат структура, подобна на шипчетата на цикадите, в извити повърхности, като изкуствена роговица. Такава структура запазва способността да убива бактериите, без да уврежда други видове клетки в окото. В момента екипът разработва и матрици за произвоството на структури от типа на шипчетата на крилата на „водното конче“. Това би било още един силен успех в медицината и опазването на околната среда.

 

, ,
Google рейтинг
4.8
На база на 384 отзива
js_loader
Call Now Button