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.

Подумайте, скільки поверхонь ви торкаєтеся щодня: від кухонного столу до поручнів у транспорті, робочого столу та екрана телефону.На цих поверхнях можуть легко поширюватися різні віруси та інші мікроби.Зазвичай інфекція відбувається через дотик до забрудненої поверхні, а потім до очей, носа або рота.Звісно, можна очищати поверхні хімічними засобами, але вони можуть зношуватися, шкодити навколишньому середовищу або сприяти розвитку антимікробної резистентності.У нашому новому дослідженні, опублікованому в Advanced Science, ми створили тонку пластикову поверхню з мікроскопічними елементами, які імітують текстуру крил комах і можуть фізично розривати віруси, зокрема вірус парагрипу типу 3.Цей новий матеріал пропонує дешевий і масштабований спосіб зробити поверхні, такі як телефони та медичне обладнання, менш схильними до поширення хвороб.Сучасні методи боротьби з поширенням вірусів зазвичай включають очищення для видалення бруду та дезінфекцію для усунення прихованих забруднень.Дезінфектант повинен залишатися вологим протягом певного часу, щоб вбити мікроби, що може бути складно в реальних умовах.Поверхні також можуть швидко повторно забруднюватися, коли їх торкаються інші люди. А дезінфекція часто передбачає використання агресивних хімікатів, які можуть пошкоджувати обладнання та навколишнє середовище.Вчені раніше розробляли антивірусні модифікації поверхонь, які часто включають матеріали, такі як графен або танін, у засоби індивідуального захисту.Ці покриття ефективні, але можуть становити ризик для здоров'я людини та бути небезпечними для навколишнього середовища через хімічне витікання.Наш шлях до створення поверхні, що розриває віруси, почався більше десяти років тому.Спочатку ми намагалися створити поверхню настільки гладкою, щоб мікроби просто з неї злизувалися. Але виявилося, що бактерії легко прилипають до гладких поверхонь.Природа пропонує приклади поверхонь, вільних від бактерій, такі як водовідштовхувальні крила цикад і стрекоз. Ці крила не просто відштовхують бактерії, а й вбивають їх.Фізичні наноструктури на поверхні фактично змушують мембрани бактеріальних клітин розтягуватися і розриватися.Наше попереднє дослідження показало, що покриті нанострижнями кремнієві поверхні ефективно знищують віруси при контакті. Але їх жорстка природа обмежує використання на складних об'єктах.У цьому новому дослідженні ми вирішили цю проблему, створивши матеріал, що розриває віруси, який є легким, економічним і гнучким.Цей матеріал - тонка акрилова плівка, покрита тисячами надтонких стовпчиків. Нанотекстуровані матеріали гладкі на дотик, але ці наностовпчики захоплюють і розтягують зовнішню оболонку вірусу, поки вона не розірветься.Лабораторні випробування з вірусом hPIV 3, який викликає бронхіоліт і пневмонію, показали, що до 94% частинок вірусу були розірвані або серйозно пошкоджені протягом години контакту з цим матеріалом.Ми виявили, що відстань між наностовпчиками має значення більше, ніж їх висота, з найкращими результатами при щільно упакованих стовпчиках, розташованих приблизно на 60 нанометрів один від одного.Форма, яку ми використовували для створення цього матеріалу, може бути легко масштабована для широкого промислового використання, від упаковки продуктів до систем громадського транспорту, медичного обладнання та офісних столів.Наноструктуровані поверхні створені для довговічності, але вони піддаються тим самим фізичним, хімічним і екологічним стресам, що й інші матеріали, і з часом будуть деградувати.Багато ще потрібно дізнатися в пошуках безмікробних поверхонь. Але ці нанотекстуровані поверхні мають величезний потенціал у боротьбі з вірусами та пропонують альтернативу традиційним методам на основі хімії.Цікавий фактКрила цикад можуть вбивати бактерії, завдяки своїй унікальній структурі, яка діє як природний бактерицид.