Халықаралық зерттеушілер тобы металл-органикалық қаңқалар (MOF) негізінде инновациялық бактерияға қарсы бет жасады. Бұл бет микроскопиялық тікенектермен қапталған, олар жанасқанда бактерия қабығын физикалық түрде бұзып, қауіпті биоқабықтардың түзілуіне жол бермейді.

Биоқабық мәселесі

Бактериялар әртүрлі беттерде биоқабықтар — шырышты қабатпен қорғалған тығыз колониялар түзе алады. Мұндай күйде микроағзалар антибиотиктер мен иммундық жүйеге төзімді болып, бұл жиі созылмалы инфекцияларға әкеледі. Әсіресе, медициналық мекемелерде биоқабықтар катетерлерде, протездерде және жасанды буындарда пайда болуы мүмкін.

Табиғаттан шабыт

Табиғатта бұл мәселе механикалық жолмен шешіледі: цикадалардың қанаттары мен геккондардың терісі нанотаяқшалармен жабылған, олар бактерияларды физикалық түрде жояды. Ғалымдар бұл әсерді қайталауға тырысып келеді, бірақ бұрынғы технологиялар жаппай қолдану үшін тым күрделі әрі қымбат болатын.

MOF технологиясы және жасау процесі

Жаңа зерттеуде биоқабықтарға қарсы күресте металл-органикалық қаңқалар — иондар мен органикалық байланыстырушыдан тұратын, құрылымы конструкторға ұқсас кеуекті материалдар қолданылды. MOF жасағаны үшін олардың әзірлеушілері 2025 жылы Нобель сыйлығын алды.

Зерттеушілер эпитаксиалды өсу әдісін пайдаланды, мұнда бір кристалл екіншісінің бетінде өседі. Алдымен цирконий негізіндегі UiO-66 типті MOF кристалдары синтезделіп, олар әрі қарай өсуге негіз болды. Кейін олардың бетінде темір негізіндегі MIL-88B типті кристалдар өсірілді.

Нәтижесінде әр бөлшегінде өзегі мен барлық бағытқа шығып тұрған өткір инелері бар, пішіні танкке қарсы тікенектерге ұқсас гибридті нанобөлшектер алынды. Инелердің өлшемі бактериялармен шамалас: ұзындығы шамамен 300 нанометр, ұшының диаметрі бес нанометрден аз.

Тиімділігі мен қауіпсіздігі

Ғалымдар жабынды жағудың екі әдісін сынады: тікенектерді тікелей бетте өсіру және дайын тікенектері бар ерітіндіні жағу. Екінші әдіс тиімдірек болды — нанобөлшектер бетке ретсіз орналасып, бірнеше өткір ұшын жоғары қаратып, тығыз «миналы өріс» түзеді.

E. coli бактериясымен жүргізілген тәжірибелерде тамшылатып жағылған бет 24 сағатта бактериялардың 83%-ын жойды. Электрондық микроскопия жасушалардың өлімі механикалық зақымданудан болғанын көрсетті: инелер бактерияларды тесіп, кейбір жасушалар жарылып, басқаларында зақымдану апоптоз (өзін-өзі жою) процесін бастаған.

Маңыздысы, бұл жабынды адам жасушалары үшін қауіпсіз. Өлшем айырмашылығының үлкендігіне байланысты (адам жасушалары бактериялардан жүздеген есе ірі) нанотікенектер ағза тіндері үшін тек сәл кедір-бұдырлы бет ретінде қабылданады. Бұл технологияның басты артықшылығы — бактериялар оған төзімділік дамыта алмайды.