Золотые наностержни прожарят бактерии для стерилизации имплантатов
В борьбе с устойчивостью микробов к антибиотикам в Технологическом университете Чалмерса в Швеции разработали новую технологию. Изобретение может послужить, например, при вживлении имплантатов тазобедренного и коленного суставов.
Новое исследование посвятили тому, чтобы лучше понять, как свет с определёнными характеристиками влияет на золотые стержни и их температуру.
При хирургических операциях в организм могут проникать инфекции. Такой риск значительно возрастает, когда пациенту устанавливают протез, например, коленного сустава. Появление наряду в теле инородного материала ослабляет иммунную систему, так что для безопасности в ход идут медикаменты.
При возникшем заражении часто и на длительное время (иногда пожизненно) требуются большие дозы антибиотиков. При этом всегда маячит на горизонте риск развития устойчивости к антибактериальным средствам. И она, по мнению специалистов Всемирной организации здравоохранения, — одна из серьёзнейших угроз здоровью человека.
Основа нового метода от исследователей из Чалмерса — применение золотых стержней нанометрового размера. Когда на поверхность с имплантатом внутри попадает упомянутый выше NIR, стержни действуют, как крошечные нагревательные элементы. Благодаря их масштабам нагрев носит исключительно местный характер, убивая все бактерии на поверхности протеза, но не вредя окружающим живым тканям.
Ведущий автор исследования Майя Ууситало объяснила, что золотые стержни поглощают свет, электроны в золоте приходят в движение, так что наностержни выделяют тепло. Можно сказать, что они зажаривают бактерии до смерти.
Инфракрасный свет невидим человеку, но способен проникать в его ткани. В общем, наностержни из благородного металла можно нагревать, просто направляя NIR на кожу. Золотые штырьки крепятся неравномерно, покрывая около 10% имплантата. Это сделано ради сохранения полезных свойств основного протезного материала, в том числе его способности прикрепляться к кости.
[quotr]Очень важно было подобрать оптимальный размер стержней. Будь они немного меньше или больше, то стали бы поглощать свет не той длины волны, что нужно. А ведь поглощаемый свет должен хорошо проникать через кожу и ткани, чтобы в итоге достигать поверхности имплантированного протеза[/quote]
— профессор Мартин Андерссон, руководитель исследования.
В процессе исследователям нужно было измерить температуру стержней. Но обычный термометр был неприменим, так что движение атомов золота изучали рентгеновскими лучами. Это помогало не только измерять температуру точно, но и регулировать её за счёт интенсивности NIR.
[quote]Температура не должна была превышать 120 °C, так как при более сильном нагреве наностержни оплавляются до формы шариков, теряя оптические свойства[/quote]
— Ууситало.
Исследователи рассчитывают, что изобретение будет использоваться для имплантатов различного состава, будь то титановые сплавы или определённые виды пластика.
Основная цель учёных — внедрить новую технологию в здравоохранение.
[quote]Нагревая золотые наностержни, мы можем уничтожить любые бактерии, которые могли попасть на протез во время операции[/quote]
— Андерссон.
А если несколько клеток и разрушатся в процессе NIR-нагрева, организм быстро регенерирует новые, поэтому влияние на заживление минимально, заверил учёный.
Новое исследование посвятили тому, чтобы лучше понять, как свет с определёнными характеристиками влияет на золотые стержни и их температуру.
При хирургических операциях в организм могут проникать инфекции. Такой риск значительно возрастает, когда пациенту устанавливают протез, например, коленного сустава. Появление наряду в теле инородного материала ослабляет иммунную систему, так что для безопасности в ход идут медикаменты.
При возникшем заражении часто и на длительное время (иногда пожизненно) требуются большие дозы антибиотиков. При этом всегда маячит на горизонте риск развития устойчивости к антибактериальным средствам. И она, по мнению специалистов Всемирной организации здравоохранения, — одна из серьёзнейших угроз здоровью человека.
Основа нового метода от исследователей из Чалмерса — применение золотых стержней нанометрового размера. Когда на поверхность с имплантатом внутри попадает упомянутый выше NIR, стержни действуют, как крошечные нагревательные элементы. Благодаря их масштабам нагрев носит исключительно местный характер, убивая все бактерии на поверхности протеза, но не вредя окружающим живым тканям.
Ведущий автор исследования Майя Ууситало объяснила, что золотые стержни поглощают свет, электроны в золоте приходят в движение, так что наностержни выделяют тепло. Можно сказать, что они зажаривают бактерии до смерти.
Инфракрасный свет невидим человеку, но способен проникать в его ткани. В общем, наностержни из благородного металла можно нагревать, просто направляя NIR на кожу. Золотые штырьки крепятся неравномерно, покрывая около 10% имплантата. Это сделано ради сохранения полезных свойств основного протезного материала, в том числе его способности прикрепляться к кости.
[quotr]Очень важно было подобрать оптимальный размер стержней. Будь они немного меньше или больше, то стали бы поглощать свет не той длины волны, что нужно. А ведь поглощаемый свет должен хорошо проникать через кожу и ткани, чтобы в итоге достигать поверхности имплантированного протеза[/quote]
— профессор Мартин Андерссон, руководитель исследования.
В процессе исследователям нужно было измерить температуру стержней. Но обычный термометр был неприменим, так что движение атомов золота изучали рентгеновскими лучами. Это помогало не только измерять температуру точно, но и регулировать её за счёт интенсивности NIR.
[quote]Температура не должна была превышать 120 °C, так как при более сильном нагреве наностержни оплавляются до формы шариков, теряя оптические свойства[/quote]
— Ууситало.
Исследователи рассчитывают, что изобретение будет использоваться для имплантатов различного состава, будь то титановые сплавы или определённые виды пластика.
Основная цель учёных — внедрить новую технологию в здравоохранение.
[quote]Нагревая золотые наностержни, мы можем уничтожить любые бактерии, которые могли попасть на протез во время операции[/quote]
— Андерссон.
А если несколько клеток и разрушатся в процессе NIR-нагрева, организм быстро регенерирует новые, поэтому влияние на заживление минимально, заверил учёный.
- Дмитрий Ладыгин
- pubs.acs.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Марс отменяется: три причины, почему российские эксперты ставят крест на Красной планете
Почему пробирка с Марса опаснее любого астероида, как галактические лучи «взрывают» мозг и при чем тут Китай? Честный разбор рисков от Российской академии наук...
«Не повторяйте наших ошибок!» 100 лет борьбы с лесными пожарами обернулись катастрофой для США
Эксперты рассказали, почему, казалось бы, проверенная тактика только усугубила ситуацию с лесным огнем...
Мегамонстры с 7-го этажа: в древних океанах шла такая война хищников, где у современных косаток не было бы ни единого шанса
Ученые рассказали, куда исчезли «боги» мезозойских морей и почему сейчас их существование было бы невозможно...
ДНК 4000-летней овцы оказалось ключом к древней тайне, стоившей жизни миллионам
Поразительно, но археологи нашли штамм древней чумы, кошмаривший всю Евразию, в самом таинственном российском городе — Аркаиме. Почему же так получилось?...
Супертелескоп James Webb только запутал ученых, а планета-«близнец» Земли стала еще загадочнее
Эксперты рассказали, почему самый мощный телескоп в истории не смог разобраться с атмосферой TRAPPIST-1e. Аппарат не виноват. Но тогда кто?...
Мощнее леса в десятки раз: в ЮАР нашли «живые камни», которые выкачивают CO₂ с бешеной скоростью
Микробиалиты могли бы спасти Землю от потепления, но у этих «каменных насосов» есть один нюанс...
Новое исследование показало: если бы не этот «российский ген», древние люди вряд ли бы заселили Америку
Ученые рассказали, почему Алтай в ДНК — это главный секрет феноменального здоровья индейцев...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...
Грядет научный прорыв: Зачем в последние годы ученые по всему миру создают очень странные компьютеры?
Новые аппараты… не просто живые: они стирают различия между ЭВМ и человеческим мозгом...
20-летнее наблюдение со спутников «сломало климат»: Теперь ученым придется полностью менять все теории
Зато теперь понятно, почему в двух близких городах могут быть... разные времена года...
Главная тайна Черного моря разгадана: Ученые рассказали, почему там на дне очень прозрачная пресная вода
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось заглянуть на 8 тысяч лет назад...
Она нам больше не праматерь! Почему легендарную Люси могут «изгнать» из числа наших предков?
Ведущие антропологи мира схлестнулись в настоящей войне. Кто же окажется победителем?...