«Мы показали, что все бактерии были уничтожены довольно быстро … в течение 5-25 секунд. Это очень быстрый процесс», — сказал автор-корреспондент Вэй-Чуан Ши, профессор кафедры электротехники и компьютерной инженерии Хьюстонского университета. Техас.Ученые создают наночастицы золота в лаборатории, растворяя золото, измельчая металл на все более мелкие отдельные части, пока их размер не будет измеряться в нанометрах.
Один нанометр равен миллиардной части метра. Человеческий волос имеет диаметр от 50 000 до 100 000 нанометров. После миниатюризации частицам можно придать различные формы, включая стержни, треугольники или диски.Предыдущие исследования показывают, что наночастицы золота сильно поглощают свет, быстро превращая фотоны в тепло и достигая температуры, достаточной для разрушения различных типов близлежащих клеток, включая раковые и бактериальные клетки.
В 2013 году Ши и его коллеги из Хьюстонского университета создали новый тип наночастиц в форме диска из золота, диаметр которых составляет несколько сотен нанометров. «Диски пронизаны порами, что придает частицам губчатый вид, что помогает повысить их эффективность нагрева при сохранении их стабильности», — сказал Ши.В новой работе исследователи намеревались проверить антимикробные свойства своих новых наночастиц при активации светом.
В лаборатории они выращивали бактерии, включая кишечную палочку и два типа термостойких бактерий, которые процветают даже в самых жарких условиях, таких как горячие источники Йеллоустонского национального парка.Затем они поместили клетки бактерий на поверхность однослойного покрытия крошечных дисков и направили на них лазерное излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. После этого они использовали тесты жизнеспособности клеток и изображения SEM, чтобы увидеть, какой процент клеток выжил после процедуры.
Используя тепловизионную камеру, группа исследователей показала, что температура поверхности частиц почти мгновенно достигала 180 градусов по Цельсию, «вызывая тепловые удары» в окружающий массив. В результате все бактериальные клетки были убиты в течение 25 секунд, сообщают исследователи.E. coli оказалась наиболее уязвимой для лечения; все его клетки были мертвы всего через пять секунд воздействия лазера.
По словам Ши, двум другим типам бактерий потребовалось полных 25 секунд, но это все же намного быстрее, чем традиционные методы стерилизации, такие как кипячение воды или использование сушильных печей, которые могут занять от нескольких минут до часа. И это «значительно короче», чем то, что продемонстрировали другие массивы наночастиц в недавних исследованиях, пишут исследователи. Время, необходимое для достижения аналогичных уровней гибели клеток в этих исследованиях, составляет от 1 до 20 минут.
В контрольных испытаниях исследователи обнаружили, что ни золотые диски, ни свет одного только лазера не убивают почти столько же клеток.По словам Ши, этот метод имеет важное потенциальное биомедицинское применение. В настоящее время исследователи изучают возможность использования частиц в качестве простого покрытия для катетеров, чтобы уменьшить количество инфекций мочевыводящих путей в больницах.
«Любую процедуру, активируемую светом, было бы намного проще реализовать у постели пациента», вместо того, чтобы удалять и, возможно, заменять катетер каждый раз, когда его нужно чистить, — сказал он.Еще одно потенциальное применение, которое они изучают, — это интеграция наночастиц с фильтрующими мембранами в небольших фильтрах для воды, сказал он, чтобы улучшить качество воды.