Учёные из Петербурга защитили смартфоны от опасных бактерий

Смерть гения

31 июля 1610 года в Риме был зачитан указ Папы Римского о посмертном помиловании художника Микеланджело Меризи известного как Караваджо. Великий творец был первооткрывателем реализма в искусстве, его картины оказали огромное влияние на ведущих мастеров XVII века: Рубенса, Веласкеса, Рембрандта и многих других.

Внезапная смерть гения осталась полна вопросов. За ним всё время тянулась слава любителя азартных игр, алкоголя и продажных женщин. Меризи часто арестовывали, а в Риме его приговорили к смертной казни за убийство. Художник постоянно сбегал, был вспыльчив и эмоционален, поэтому в мире решили, что его убили, или он умер от сифилиса.

Однако в сентябре 2018 года группа европейских учёных выяснила настоящую причину смерти. Сотрудники Марсельского института инфекционных заболеваний совместно с итальянскими антропологами и микробиологом Джузеппе Корналья изучили останки Караваджо. Сначала специалистам пришлось идентифицировать их среди нескольких скелетов в месте захоронения мастера. Они искали кости мужчины ростом около 165 см и в возрасте от 35 до 40 лет. Таких оказалось девять, но только один из них относился к XVII веку.

В лабораторию для последующего тщательного анализа привезли зубы Меризи. Исследователи детально изучили пульпу богатую кровеносными сосудами. Объединив три метода ДНК-анализа, учёные нашли в них следы присутствия золотистого стафилококка Staphylococcus Aureus. Специалисты пришли к выводу, что Караваджо умер в результате сепсиса. В ходе очередной драки он получил ранение мечом и занёс в организм болезнетворные бактерии.

Фото: pixabay.com

Микроскопический мир

Золотистый стафилококк в обычном состоянии обитает на коже и слизистых оболочках каждого третьего человека. Иммунитет справляется с ростом бактерий и проявлением их негативных свойств. Но при ослабленном здоровье или сильном стрессе S. Аureus может начать размножаться, что неизменно приводит к проблемам. Стафилококк является возбудителем множества болезней: на коже и в мягких тканях он вызывает шелушение и целлюлиты, в дыхательных путях – некротизирующую пневмонию, на глазах – конъюнктивиты и эндофтальмиты, а в сердце – эндокардит и перикардит.

При попадании на пищевые продукты бактерия также способна размножаться и навредить человеку. На пище S. Аureus выделяет опасные токсины, которые стали частой причиной серьёзных пищевых отравлений. Яд выдерживает термическую обработку, в отличие от самой бактерии, поэтому готовить из испортившихся продуктов так же опасно, как и есть их в чистом виде.

Заражение стафилококком может привести к смерти, как, например, произошло с Караваджо. S. Аureus переходил в активную фазу и вызывал сепсис, менингит, абсцесс головного мозга и инфекционно-токсический шок, которые убивали людей. Бактерия способна долгое время выживать в любой среде, она устойчива к нагреву и высушиванию. Из-за этого до открытия антибиотиков смертность от внутренней стафилококковой инфекции достигала 90%.

После появления пенициллина количество смертей резко сократилось, но полностью победить бактерию не удалось. В дело вступила эволюция, и постепенно золотистый стафилококк стал невосприимчив к этому антибиотику. Дело в том, что он действует сразу на всю популяцию, в которой разные клетки имеют разные спонтанные мутации. Среди всей колонии стали появляться бактерии, имеющие иммунитет к пенициллину, что со временем распространилось на весь вид S. Аureus.

На этом процесс мутации не остановился. По мере изобретения новых антибиотиков бактерии через некоторое время развивали иммунитет и к ним. Так появились супербактерии, практически невосприимчивые к лекарствам. Сегодня шанс подхватить подобную инфекцию есть в медицинских учреждениях. Особо уязвимы к ней люди, у которых ослаблен иммунитет после других перенесенных заболеваний, а также те, у кого есть открытые раны.

Фото: pixabay.com

Грязные поверхности

S. Аureus, как и многие другие бактерии, передаётся воздушно-капельным путём. Когда больной человек при кашле и чихании распространяет микроорганизмы в воздухе вокруг себя. В медучреждениях инфекция может попасть в организм через недостаточно хорошо обработанные медицинские инструменты. Также существует и бытовой способ передачи золотистого стафилококка – через личные вещи, например, полотенце, мочалку, мыло, наушники, смартфон.

Последний путь заражения становится всё более распространённым, так как телефоном пользуются все, а задумываются о его гигиене немногие. Большинство людей ограничиваются очисткой экрана от пятен и разводов, не задумываясь о регулярной дезинфекции.

Ещё в 2009 году в научном журнале Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials было опубликовано исследование о распространении инфекций в больницах. Учёные проверили 200 телефонов врачей и почти на всех нашли вредные бактерии. Некоторые из обнаруженных образцов золотистого стафилококка были невосприимчивы к самому действенному антибиотику метициллину, что делало их наиболее опасными из всех.

В 2012 году микробиолог Чарльз Герба из Университета Аризоны опубликовал исследование о том, что среднестатистический смартфон в десять раз грязнее, чем сидение унитаза. В 2017 году в школе общественного здравоохранения при Университете штата Мичиган прошло исследование, которое показало, что обычный смартфон старшеклассника содержит на себе в среднем 17 тыс. бактерий. Среди которых обнаружились стафилококки, бациллы, синегнойные палочки – всего более 20 видов.

Производители знают о проблеме и пытаются бороться с опасными микробами на экранах. Некоторые компании предлагали добавлять антибактерицидные компоненты в защитное стекло, другие – клеить специальные плёнки с антисептическим эффектом. Но все варианты в итоге оказываются очень дорогими и малоэффективными в использовании.

Фото: pixabay.com

Покрытие – убийца бактерий

Несколько лет назад учёные научились использовать оксид цинка для дезинфекции открытых ран и хирургических швов. Этот же элемент стали использовать в качестве главного компонента для сверхэффективных дезодорантов. Исследования датских химиков показали, что наночастицы окиси этого металла почти мгновенно убивают микробов, которые придают поту неприятный запах.

Инженеры Института ИТМО решили пойти дальше. При поддержке коллег из Санкт-Петербургского государственного технологического института, Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии и Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций имени М.А. Бонч-Бруевича они разработали прозрачное покрытие для телефона на основе оксида цинка. Прочный и гибкий материал можно наносить на экраны смартфонов для защиты от жирных следов и опасных бактерий.

«Введение антибактерицидных компонентов в состав стекла – процесс довольно дорогой и сложный. Кроме того, встаёт вопрос эффективности – бактерицидные компоненты должны работать на поверхности, а не в объёме самого стекла. Антибактерицидные пленки на основе полимеров много дешевле, но их легко поцарапать, они стираются со временем, деградируют на свету и химически не стойки, в результате их эффективность со временем эксплуатации быстро падает», – рассказал соавтор работы, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник НИЦ оптического материаловедения Университета ИТМО Сергей Евстропьев.

Читайте также:

Российские учёные разработали алгоритмы тактильного интернета. Это позволит делать дистанционные операции с помощью роботов

Петербургские учёные придумали встраивать кристаллы окиси цинка внутрь органических полимерных молекул. В последующих тестах выяснилось, что наилучшие защитные характеристики достигаются, если добавить туда оксид олова, а в качестве основы лучше всех показал себя водорастворимый полимер повидон. Смесь равномерно наносится на поверхность и нагревается, чтобы испарить органические добавки. Толщина нового покрытия составляет всего 200-300 нанометров, при этом технология его нанесения достаточно простая и дешёвая.

«Я могу сделать его, условно говоря, в сарайчике на даче, с помощью ведра и недорогих химических реактивов. Секрет заключается в специальных органических добавках, которые вводятся на стадии синтеза. Благодаря им достигается равномерное нанесение покрытия на поверхность. При термообработке, являющейся частью технологического процесса нанесения, эти органические компоненты испаряются, не выделяя токсичных веществ», – добавил Евстропьев.

Единственное, что понадобится для производства покрытия, – конвейерная печь, которая сможет обеспечить нагрев до 550 градусов. Уникальная защитная поверхность также обладает высокой прочностью и хорошей адгезией, что может служить дополнительной защитой телефона от механических повреждений. Кроме того, покрытие имеет свойства самоочищения. Под воздействием света из него выделяется химически активный кислород, который разлагает органические соединения: бактерии, следы пота, а также отпечатки пальцев. Эта особенность материала делает его перспективным для использования в медицинских целях.

«Мы экспериментируем с нанесением на конец эндоскопа нашего покрытия, генерирующего активный кислород под действием мягкого ультрафиолетового излучения, а также с введением нашего антибактерицидного материала в фотоннокристаллические волокна. Благодаря этому мы потенциально можем доставлять через волоконный эндоскоп химически активный кислород к раковым клеткам, находящимся во внутренних органах человека, и с помощью него их убивать. Остаётся только переключить светодиод, излучающий белый свет, на УФ-светодиод», – отметил соавтор изобретения, доктор физико-математических наук, профессор Университета ИТМО, заместитель декана факультета фотоники и оптоинформатики, директор научно-исследовательского центра оптического материаловедения Николай Никоноров.

Учёные предлагают использовать антисептическое свойство новинки и в других материалах. Например, в виде порошка его можно добавлять в краску, и такая поверхность будет сама себя обеззараживать. Кроме того, изучается вопрос использования добавки в традиционную цинковую мазь. Она станет намного эффективнее, при этом её цена практически не увеличится. И даже больше – состав с оксидом цинка можно применять в системах очистки воздуха.