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.