Упродовж дня ми торкаємося десятків поверхонь — від кухонної стільниці вдома до поручнів у громадському транспорті, робочого столу чи екрана смартфона. Саме через такі контакти різноманітні віруси та бактерії легко передаються від людини до людини.
Типовий сценарій зараження виглядає доволі просто: людина торкається забрудненої поверхні, а потім — обличчя, зокрема очей, носа чи рота. Попри те, що існують численні засоби для очищення та дезінфекції, вони мають свої недоліки. Хімічні речовини з часом втрачають ефективність, можуть шкодити довкіллю, а також сприяють розвитку такого явища, як антибіотикорезистентність — коли мікроорганізми перестають реагувати на лікування через постійний вплив препаратів.
У новому дослідженні, опублікованому в Advanced Science, науковці запропонували принципово інший підхід. Вони створили тонку пластикову плівку з наноструктурованою поверхнею — тобто покриттям, яке має мікроскопічні виступи розміром у мільярдні частки метра. Ці структури імітують природні поверхні крил комах і здатні буквально розривати віруси.
На відміну від традиційних методів, які передбачають очищення та дезінфекцію, новий матеріал працює механічно. Зазвичай дезінфектанти повинні залишатися на поверхні певний час, щоб знищити патогени, що не завжди можливо в реальних умовах. До того ж поверхні швидко знову забруднюються після контакту з іншими людьми.
Раніше вчені вже експериментували з антивірусними покриттями, додаючи до матеріалів такі компоненти, як графен або танінова кислота. Вони дійсно можуть бути ефективними, однак мають і ризики: потенційний вплив на здоров’я людини, шкоду для довкілля та поступове зниження ефективності через «вимивання» активних речовин.
Пошук альтернатив привів дослідників до природи. Виявилося, що крила деяких комах, наприклад цикад і бабок, мають унікальну структуру, яка не просто відштовхує бактерії, а фізично їх знищує. Експерименти показали, що справа не в хімічному складі поверхні, а саме в її мікрорельєфі.
Наноструктури на таких поверхнях змушують клітинні оболонки бактерій розтягуватися до межі, після чого вони руйнуються. Цей принцип надихнув учених створити штучний матеріал, який працює подібним чином, але вже проти вірусів.
Нова плівка виготовлена з акрилу та вкрита тисячами надтонких «наностовпчиків». На дотик вона залишається гладкою, проте на мікрорівні ці виступи взаємодіють із вірусними частинками, захоплюють їх і деформують оболонку, поки вона не розривається. Таким чином вірус гине без використання хімії.
Під час лабораторних тестів із вірусом людський парагрип типу 3, який може спричиняти бронхіоліт і пневмонію, новий матеріал показав вражаючі результати: до 94% вірусних частинок були знищені або серйозно пошкоджені вже протягом години контакту. Важливу роль відіграє щільність розташування наноструктур — найкращий ефект спостерігався, коли відстань між ними становила близько 60 нанометрів.
Технологія виробництва такої плівки потенційно легко масштабується, що відкриває широкі можливості для її використання. Йдеться про пакування продуктів, громадський транспорт, лікарняне обладнання, офісні поверхні та інші об’єкти, де важлива гігієна.
Хоча матеріал і демонструє високу стійкість, він, як і будь-яке інше покриття, з часом піддається фізичному та хімічному зношенню. Проте вже зараз зрозуміло, що такі нанотекстуровані поверхні можуть стати важливою альтернативою традиційним методам боротьби з вірусами.
Дослідження в цій сфері тривають, але очевидно одне: майбутнє гігієни може бути не лише «хімічним», а й інженерним — заснованим на точному відтворенні природних механізмів знищення мікроорганізмів.