Světlem proti bakteriím

Česká republika je světovou špičkou v nanotechnologiích. A není divu. Nanotechnologie nalezneme v celé řadě odvětví průmyslu, mezi která patří například zdravotnictví, čištění vod, potravinářství nebo elektronika. Právě zdravotnictví ve spojení s vychytáváním patogenů a polutantů z prostředí představuje velmi zajímavou oblast výzkumu, ve které se uplatňují polymerní materiály složené z nanovláken.

Nanovlákna si lze představit jako velmi tenká vlákna o průměru až téměř 1000krát menším, než má lidský vlas. Navrství-li se tato nanovlákna na sebe, vznikne nanovlákenná membrána, kterou lze s trochou fantazie přirovnat k husté a mechanicky odolné pavučině, byť jednotlivá vlákna jsou pozorovatelná pouze elektronovým mikroskopem. Tato membrána navíc dokáže, obdobně jako pavučina, zachytávat různé objekty, kterými v mikrosvětě mohou být například bakterie a polutanty znečišťující životní prostředí. Kromě této pasivní schopnosti lze membrány rovněž upravit pro konkrétní použití.

Autoři článku se zabývali úpravou nanovlákenné membrány z polymeru na bázi polyuretanu. Do struktury nanovláken zabudovali molekuly fotosensitizeru tetrafenylporfyrinu a magnetických Fe₂O₃ nanočástic. Fotosensitizery jsou molekuly schopné po ozáření světlem generovat aktivní formu kyslíku (tzv. singletový kyslík), která má silný antibakteriální účinek i vůči bakteriím rezistentním na antibiotickou léčbu. Vědci tedy zvolili inovativní přístup spočívající v kombinaci fotodezinfekčních účinků singletového kyslíku s magnetickými ale i termickými vlastnostmi kovových nanočástic.

Demonstrace antibakteriálních vlastností připravené nanovlákenné membrány - vlevo membrána s nanesenými a následně inkubovanými bakteriemi E. Coli při 37 °C ve tmě (E), vpravo membrána s nanesenými bakteriemi E. Coli po ozařování modrým světlem (10 min) a následné inkubaci (F), zdroj: článek

Fotodezinfekční a termické vlastnosti jimi připravené multifunkční nanovlákenné membrány byly testovány na bakteriích Escherichia Coli. Testy spočívaly v nanesení bakterií na povrch membrány a následném ozařování jejího povrchu modrým světlem po dobu 10 minut. Ukázalo se, že již za tak krátkou dobu bylo více než 99 % bakterií na povrchu zabito. Navíc vlivem kovových nanočástic docházelo po ozařovaní k zahřívání membrány a k mírné produkci peroxidu vodíku, vedle singletového kyslíku další antibakteriální látce. Oba tyto jevy měly další pozitivní dopad na antibakteriální efektivitu připravené nanovlákenné membrány.

Demonstrace magnetických vlastností připravené vodné suspenze kovových Fe₂O₃ nanočástic (1-4) a fotoaktivní nanovlákenné membrány (stříbrný váleček je permanentní magnet) (5-8), zdroj: článek

Závěry vědců lze použít pro přípravu nových víceúčelových nanovlákenných membrán, které se pyšní nejen skvělými antibakteriálními vlastnostmi, ale se kterými lze navíc dálkově manipulovat pomocí magnetického pole a aktivně vychytávat polutanty a bakterie ze zamořených prostředí bez nutnosti přímé fyzické přítomnosti. Vzhledem k rychle se rozvíjejícímu oboru nanotechnologií se můžeme v blízké budoucnosti dočkat přenesení výsledků studie z akademické sféry k reálnému použití. Jejich přínos v této oblasti jen dokazuje, proč má Česká republika a její vědci v (nano)světě tak dobré jméno.

Robert Willimetz

Liška, V., Kubát, P., Křtěnová, P., Mosinger, J. Magnetically Separable Photoactive Nanofiber Membranes for Photocatalytic and Antibacterial Applications. ACS Omega. 2022, 7, 51, 47986–47995.