Биоинспирированный би

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13290 (2023) Цитировать эту статью

251 доступ

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Примерно имитируя архитектурный дизайн поверхности крыльев стрекозы, с помощью техники электропрядения были успешно синтезированы новые двухфазные 3D-наноцветы MgO/Mg(OH)2. 3D-наноцветы были покрыты коммерческой меламиновой губкой и тщательно охарактеризованы с помощью SEM, XRD, FTIR и EDS. Образование отчетливых плотных трехмерных нанолепестков было обнаружено с помощью изображений СЭМ, в результате чего средняя толщина лепестка и среднее расстояние между соседними лепестками составили 36 нм и 121 нм соответственно. Бактерицидную активность синтезированных 3D-наноцветков, покрытых меламиновой губкой, оценивали в отношении пяти различных бактерий (Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa). Это исследование продемонстрировало значительную бактерицидную активность 3D-наноцветков MgO/Mg(OH)2, покрытых МС, против грамположительных и грамотрицательных бактерий. Вероятные бактерицидные механизмы включают деформацию оболочки, проникновение и индукцию окислительного стресса. В этом исследовании представлен новый биоинспирированный биоматериал, способный снизить риск, связанный с патогенными бактериальными инфекциями, особенно в медицинских устройствах.

Антибактериальные поверхности пользуются большим спросом в биомедицинских целях для снижения инфекций, связанных с имплантированными медицинскими устройствами, стоимость которых составляет почти 5–10 миллиардов долларов в год1. Некоторые наночастицы, такие как оксид титана, оксид цинка и оксид серебра, продемонстрировали достаточную бактерицидную активность в отношении широкого спектра бактериальных штаммов2,3. Однако цитотоксические эффекты, связанные с накоплением наночастиц на основе элементов тяжелых металлов в организме человека, вызывают серьезные опасения против их использования в качестве бактерицидных агентов4,5. Хотя покрытие биомедицинских устройств биоцидными агентами, такими как серебро и антибиотики, является традиционным биохимическим подходом; в то же время чрезмерное использование антибиотиков делает бактерии устойчивыми к лекарствам и вызывает хронические инфекции6. Подсчитано, что почти у 10% пациентов, перенесших операцию по установке медицинских имплантатов, развиваются острые бактериальные инфекции, вызывающие в среднем 0,1 миллиона смертей в Соединенных Штатах7. Как только инфекция возникает на границе раздела биомедицинский имплантат-ткань, удаление медицинского устройства и/или имплантата посредством вторичной операции становится неизбежным. Это не только вызывает дискомфорт у пациента, но и увеличивает затраты на здравоохранение8. Из-за чрезмерного использования антибиотиков постоянно растущее появление устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий привело к необходимости открытия новых антибактериальных стратегий и бактерицидных агентов9.

За последнее десятилетие наномасштабная модификация поверхностей открыла новые пути создания инженерной антибактериальной топографии10. Например, структуры на основе борозд, гребней и ряби продемонстрировали огромный потенциал в смягчении образования биопленок за счет уменьшения бактериальной адгезии 10,11. Недавно открытие биоцидной активности встречающихся в природе наноструктур с высоким соотношением сторон, которая появляется на поверхности крыльев насекомых, таких как цикады и стрекозы, послужило толчком к исследованию новых топографий антибактериальных наноматериалов12. Физические взаимодействия между прикрепленными патогенами и наноразмерной топографией определяют антимикробную активность таких поверхностей13. Помимо крыльев насекомых, к другим природным антибиообрастающим и самоочищающимся поверхностям относятся листья риса14, листья лотоса15, кожа геккона16 и кожа акулы17,18. Вдохновленные бактерицидной наноархитектурой природных материалов, нановыступы были успешно разработаны с использованием титана19,20, золота21, алмаза22, черного кремния23 и поли(метилметакрилата)24. Почти все эти искусственные наноархитектуры демонстрируют превосходную биоцидную активность как в отношении грамположительных, так и грамотрицательных бактерий.