Кремниевые наношипы на 96% эффективны при уничтожении вирусов

Исследователи разработали поверхность кремния, покрытую наноразмерными шипами, которая на 96% эффективна в прокалывании и уничтожении распространенного вируса, вызывающего респираторные заболевания, особенно у младенцев и детей младшего возраста. Эта технология может быть использована для защиты исследователей, медицинских работников и пациентов от распространения вируса.

Из четырех штаммов вирусов парагриппа человека (HPIV, human parainfluenza viruses) HPIV-3 является наиболее вирулентным и может привести к бронхиолиту, бронхиту или пневмонии у младенцев и детей раннего возраста. Ежегодно распространены сезонные вспышки инфекции HPIV-3, при этом вирус распространяется воздушно-капельным путем или прямым и косвенным контактом с загрязненными поверхностями.

В настоящее время не существует вакцин или противовирусных препаратов для профилактики или лечения инфекций, вызванных HPIV-3, поэтому поддержание общей и поверхностной гигиены является приоритетом.

Теперь исследователи из Университета Ровира и Вирджили (URV) в Испании и австралийского университета RMIT объединили усилия для разработки кремниевой поверхности с шипами, обладающей впечатляющими свойствами уничтожения вирусов.

Вдохновленные крыльями стрекозы, исследователи RMIT ранее уже продемонстрировали эффективность использования наноразмерной «механобиоцидной» поверхности с шипами, изготовленной из титана, для прокалывания и уничтожения устойчивых к антибиотикам супербактерий.

«Крылья насекомых, таких как стрекозы или цикады, имеют нанометрическую структуру, способную прокалывать бактерии и грибки», — говорят ученые.

Хотя вирусы бывают разные. Они меньше бактерий, поэтому наношипы, предназначенные для их уничтожения, тоже должны быть меньше. Хотя тяжелые металлы и их производные интенсивно изучаются на предмет их противовирусных свойств, считается, что вирусы инактивируются из-за высвобождения ионов металлов и образования активных форм кислорода, которые могут повредить мембраны и белки. Поэтому для текущего исследования ученые решили использовать кремниевую пластину, легированную бором.

«В данном случае мы использовали кремний, поскольку он технически менее сложен, чем другие металлы», — рассказал Владимир Баулин, один из авторов исследования.

Чтобы создать острую поверхность, ученые использовали плазменно-реактивное ионное травление — процесс, в котором используется химически реактивная плазма для удаления материала, осажденного на пластинах, и который позволил исследователям точно настроить высоту и расстояние между наношипами.

Полученная поверхность полна шипов толщиной 2 нм (30 000 из них поместились бы в человеческий волос) и высотой 290 нм (нанометров). Вирусные частицы HPIV-3 имеют диаметр от 100 до 420 нм.

Поверхности, инкубированные с HPIV-3 в течение одного, трех и шести часов, были исследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и показали, что через шесть часов на силиконовых поверхностях без шипов вирусные частицы сохраняли свою обычную форму. Однако форма частиц HPIV-3 на поверхностях с шипами была нарушена; острые кончики шипов пронзали и деформировали их через один и три часа после инкубации. Через шесть часов частицы “сдулись”.

В каждый момент времени наблюдалось значительное снижение количества инфекционных вирусных частиц на поверхности кремния с наношипами: падение на 74% за один час, на 85% за три часа и через шесть часов падение на 96%.

При тестировании на бактериях исследователи обнаружили, что наношипы также смертельны для них. Они разрушили клетки двух бактерий, обычно связанных с внутрибольничными инфекциями, Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus («золотой стафилококк»), хотя эффект был не таким большим, как при HPIV-3. Через 18 часов инкубации доля нежизнеспособных P. aeruginosa и S. aureus составила 15% и 25% соответственно.

Результаты исследования демонстрируют эффективность использования кремниевых наношипов в качестве вирулицидного средства. Исследователи предвидят, что технология будет применяться в лабораториях и медицинских центрах, где хранятся потенциально опасные биологические материалы, что сделает эту среду более безопасной для исследователей, медицинских работников и пациентов.

Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.