Разработано новое покрытие на основе нитрида бора

Учёные разработали покрытие на основе нитрида бора, способное улавливать антибиотики из растворов. Материал удаляет 100% препаратов за 7–14 дней и при этом может использоваться многократно. Разработка поможет очищать сточные воды от антибиотиков, попадающих туда при их производстве, и тем самым избежать развития лекарственной устойчивости у бактерий, вызывающих самые разные заболевания у человека.

Антибиотики повсеместно применяются в медицине и сельском хозяйстве для борьбы с патогенными бактериями и грибами. По данным ВОЗ, в период с 2000 по 2015 год их использование в мире выросло на 91%. При этом в процессе производства и применения антибиотики часто попадают в сточные воды, что способствует развитию у микроорганизмов устойчивости к этим препаратам. Это, в свою очередь, может привести к тому, что лечить даже простые бактериальные инфекции станет невозможно. Самыми распространёнными антибиотиками, загрязняющими сточные воды, считаются тетрациклин и амоксициллин. На сегодняшний день уже есть данные о том, что некоторые микроорганизмы потеряли к ним чувствительность, поэтому вопрос очистки сточных вод от антибиотиков стоит достаточно остро.

Учёные из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработали высокоэффективный и дешёвый многоразовый материал для очистки сточных вод от антибиотиков. Для этого авторы синтезировали на кремниевой подложке наноструктурированные покрытия на основе гексагонального нитрида бора — соединения, атомы в котором соединяются в виде шестиугольников. Эти «соты» химически стабильны и способны удерживать на себе антибиотики. Предложенный авторами дизайн материала — «захватывающий» слой, нанесённый на подложку, — будет крайне удобен в промышленном использовании.

Учёные проверили способность материала удерживать четыре наиболее распространённых на сегодняшний день антибиотика — тетрациклин, ципрофлоксацин, амоксициллин и амфотерицин В, которые используются для борьбы с такими бактериями, как стафилококк, кишечная палочка и холерный вибрион. Для этого в растворы с препаратами погрузили покрытия из нитрида бора и определили, за какое время антибиотик осядет на покрытие.

«Мы определили, что скорость улавливания терапевтических препаратов зависела от кислотности среды и концентрации антибиотиков в растворах, в которой проводился эксперимент. Так, полная очистка раствора происходила до двух раз быстрее в нейтральной среде, чем в кислой и щелочной. При этом для удаления тетрациклина потребовалось 7–10 дней в зависимости от его концентрации, для ципрофлоксацина — 8–11 дней, амоксициллина — 10–12 дней, а амфотерицина В — 11–14 дней. Поскольку сточные воды имеют нейтральный уровень кислотности, нитрид бора будет работать в них наиболее эффективно», — рассказывает исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Кристина Котякова, кандидат технических наук, инженер научного проекта Научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Кроме того, авторы показали, что покрытия из нитрида бора успешно очищаются от осевших на них антибиотиков с помощью различных органических растворителей, в том числе спиртов. После очистки материал сохранил способность улавливать все рассмотренные препараты. При этом эффективность работы материала незначительно снизилась — до 5–15%.

«Покрытия из нитрида бора можно использовать в качестве экономичного, многоразового и высокоэффективного средства очистки сточных вод от антибиотиков. Это поможет избежать развития множественной лекарственной устойчивости бактерий и токсического эффекта на другие живые организмы. В дальнейшем мы продолжим исследовать способность данных материалов улавливать другие загрязняющие вещества», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Любовь Сорокина, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС.