Ученые Урала разработали передовую технологию синтеза композитов для медицины

Ученые  Уральского федерального университета (УрФУ) и Института электрофизики УрО РАН разработали оригинальную методику синтеза композитов на основе нанопорошков серебра и порошков оксида алюминия. За счет серебра композиты обладают выраженными антибактериальными свойствами. Статью с описанием содержания и результатов опытов соавторы опубликовали в журнале Radiation Physics and Chemistry, сообщает пресс-служба УрФУ.

В законченном виде продукт исследований будет выглядеть так: мезопористый наноразмерный оксид алюминия станет «транспортным средством» для различных лекарств, например, антибиотиков. Серебряное покрытие придаст композиту дополнительные антимикробные свойства, так как если к антибиотикам микробы со временем становятся невосприимчивыми, то устойчивостью по отношению к серебру они не обладают.

— Первая особенность 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, — рассказывает руководитель исследовательской группы, профессор кафедры экспериментальной физики УрФУ, ведущий научный сотрудник ИЭФ УрО РАН Сергей Соковнин. — 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.

Вторая особенность технологии — получение нанопорошков серебра. С помощью многоатомных спиртов — глицерина, ксилита, сорбита (выбор продиктован в том числе безопасностью для человека) — создают раствор нитрата серебра. Под воздействием импульсного пучка электронов он распадается, образуя атомы серебра, которые конденсируются на ОН-группах многоатомных спиртов. Эксперименты показали, что облучение в растворе ксилита приводит к 15-кратному росту удельной площади получаемых порошков.

— Мы впервые обнаружили, что количество ОН-групп в многоатомных спиртах — существенный фактор: именно они являются центрами образования наночастиц серебра, — говорит Сергей Соковнин. — И чем больше таких центров, тем меньше наночастицы серебра, которые на них конденсируются. Нашей группе удалось получить частицы серебра размером 5 — 15 нанометров.

Кроме того, группа добилась того, что размеры поверхности композитного нанопорошка, покрытой серебром, можно регулировать временем выдержки после облучения. 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.

Это важно, потому что чем больше площадь покрытия серебром, тем 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 драгметалла.

Антибактериальные свойства композита были изучены на винных дрожжах, кишечной палочке и золотистом стафилококке. Во всех случаях материал подтвердил эффективность.

—  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 Института естественных наук и математики УрФУ, Института химии твердого тела УрО РАН, Уральского государственного медицинского университета.

Добавим. что исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Свердловской области в рамках научного проекта «Разработка радиационной технологии получения и исследование физико-химических свойств и биологической активности нанопорошков оксидов металлов, покрытых серебром, для создания лекарств и систем доставки лекарств».

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. Применение композитов на основе серебра перспективно в лечении ангиогенных заболеваний, таких как рак, и в регенерации костной ткани. Кроме того, композиты — многообещающие материалы в эндопротезировании суставов, зубной трансплантологии, а также в качестве фотокаталитических агентов для обеззараживания воды.

Фото: SEM-фотография композитов, выдержанных в суспензии 96 (слева) и 15 часов (справа)