Zabójczy metal
Drobnoustroje, które znalazły się na powierzchni miedzi, giną w ciągu najwyżej kilku godzin. Nowa technika, modyfikacja powierzchni za pomocą lasera, sprawia, że ten powszechnie znany metal staje się jeszcze bardziej zabójczy.
Bakterie „są coraz bardziej aktywne i odporne na leki; podobnie jest z wirusami”, wyjaśnia Rahim Rahimi, specjalista inżynierii materiałowej z Purdue University i główny autor pracy opublikowanej w kwietniu 2020 r. w Advanced Materials Interfaces. „Widać olbrzymie zainteresowanie wytwarzaniem powierzchni zdolnych błyskawicznie unicestwić patogen, który się z nimi zetknie”, ponieważ „pozwala to zahamować jego rozprzestrzenianie się w środowisku”. (Nowe badania koncentrują się na bakteriach.)
Miedź jest dobrym kandydatem na uzyskanie takich powierzchni: ludzie wykorzystują jej właściwości bakteriobójcze już od prawie 8 tys. lat. Michael Schmidt, mikrobiolog z Medical University of South Carolina, który nie uczestniczył w opisywanych badaniach, przypomina, że w epoce brązu niektóre cywilizacje przechowywały wodę pitną w naczyniach miedzianych, aby uniknąć chorób. Zdolność miedzi do niszczenia drobnoustrojów jest związana z jej przewodnictwem elektrycznym. Kiedy drobnoustrój styka się z powierzchnią metalu, przepływa do niego część elektronów z błony komórkowej. To wyzwala procesy chemiczne, których skutkiem jest powstanie w błonie porów i zniszczenie organizmu. Aby zintensyfikować ten proces, zespół Rahimiego spreparował powierzchnię miedzi, oświetlając ją trwającymi kilka milisekund impulsami laserowymi, co doprowadziło do powstania nanoporów w płaskiej powierzchni metalu i zwiększyło jej pole. „Można by powiedzieć, że zamienili równinę w miasto”, wyjaśnia Schmidt, zauważając, że pionowe struktury „zwiększyły płaszczyznę, którą można wykorzystać do niszczenia mikrobów”. Nierówna powierzchnia zwiększa również adsorpcję wody, a więc także wszystkich obecnych w niej bakterii, na miedzi.
Naukowcy zweryfikowali skuteczność opracowanej techniki, umieszczając różne szczepy bakterii, w tym Escherichia coli i lekooporny Staphylococcus aureus, na gładkiej i zmodyfikowanej za pomocą lasera miedzianej powierzchni. Kiedy tylko bakterie znalazły się na obrobionej powierzchni, natychmiast rozpoczął się proces uszkadzania ich błony komórkowej – ten rodzaj powierzchni całkowicie wyeliminował bakterie, w niektórych przypadkach o wiele szybciej niż powierzchnia gładka. Niektóre bakterie były zabijane od razu po wejściu w kontakt z powierzchnią; cała kolonia zależnie od gatunku i liczebności znikała w czasie od 40 min do dwóch godzin.
Rahimi przekonuje, że obróbkę laserową można również wykorzystać w przypadku innych metali, a w tym tytanu, którego często używa się do wytwarzania implantów chirurgicznych. Wyjaśnia, że wszystkie metale wykazują słabsze lub silniejsze właściwości antybakteryjne, chociaż tytan, o stosunkowo niskim przewodnictwie, wolniej zabija mikroorganizmy niż doskonale przewodząca miedź. Zastosowanie techniki laserowej „pozwala zwiększyć właściwości bakteriobójcze i wirusobójcze metali”.