Группа исследователей из Шанхайского института керамики Китайской академии наук пытается бороться с этими опасными подкожными инфекциями, модернизируя ваше новое бедро или коленную чашечку способом, который ценили с древних времен, — добавляя золото. Они описывают результаты испытаний нового антибактериального материала, который они разработали на основе наночастиц золота, в журнале Applied Physics Letters от AIP Publishing.«Инфекции, связанные с имплантатами, стали серьезной проблемой, которая часто приводит к неудачам операции», — сказал Сюаньонг Лю, главный исследователь группы в Шанхайском институте керамики. По словам Лю, создание имплантатов, которые могут убивать бактерии, одновременно поддерживая рост костей, является эффективным способом улучшения остеоинтеграции in vivo.
Диоксид титана способен убивать бактерии сам благодаря своим свойствам фотокатализатора. Когда металл подвергается воздействию света, он становится энергетически возбужденным за счет поглощения фотонов. Это генерирует электронно-дырочные пары, превращая диоксид титана в мощный акцептор электронов, который может дестабилизировать процессы клеточной мембраны, узурпируя конечный акцептор их электронной транспортной цепи.
Мембрана постепенно дестабилизируется этим воровством, заставляя клетку вытекать, пока она не умирает.Однако темные условия внутри человеческого тела ограничивают эффективность двуокиси титана в отношении уничтожения бактерий. Однако наночастицы золота могут продолжать действовать как антибактериальные концевые акцепторы электронов в темноте из-за явления, называемого локализованным поверхностным плазмонным резонансом.
Поверхностные плазмоны — это коллективные колебания электронов, которые возникают на границе раздела между проводниками и диэлектриками, например, между золотом и диоксидом титана. Локализованные электронные колебания на наномасштабе вызывают возбуждение наночастиц золота и пропускание электронов к поверхности диоксида титана, что позволяет частицам стать акцепторами электронов.Лю и его команда электрохимически анодировали титан, чтобы сформировать массивы нанотрубок из диоксида титана, а затем дополнительно нанесли массивы наночастиц золота в процессе, называемом магнетронным распылением. Затем исследователи позволили Staphylococcus aureus и Escherichia coli расти отдельно на массивах — оба организма были крайне неудачными, проявляя обильное повреждение мембран и утечку клеток.
Хотя наночастицы серебра ранее исследовались в качестве антибактериального агента для трансплантатов in vivo, они вызывают значительные побочные эффекты, такие как цитотоксичность и повреждение органов, тогда как золото гораздо более химически стабильно и, следовательно, более биосовместимо.«Полученные данные могут открыть новые возможности для улучшения разработки антибактериальных приложений на основе наночастиц благородных металлов», — сказал Лю.
Дальнейшие исследования Лю и его коллег включают расширение круга используемых экспериментальных бактерий и оценку эффективности массивов in vivo в росте и интеграции костей.