Российские ученые разработали умную ткань, способную уничтожать патогенные бактерии и самоочищаться от загрязнений под воздействием солнечного света. Исследователям удалось впервые объединить в хлопковом материале антибактериальные свойства, сверхвысокую водоотталкивающую способность и биосовместимость. Как рассказали «Известиям» специалисты, в перспективе разработка может снизить риски распространения внутрибольничных инфекций и использоваться при создании одежды нового поколения — от спортивной и детской до специальной формы для медработников.
Умная ткань 3 в 1
С помощью новой технологии, предложенной исследователями НИТУ МИСИС, обычные хлопковые ткани можно превратить в материал, который уничтожает бактерии, отталкивает загрязнения и самоочищается под действием солнечного света. Нанесенное покрытие показало высокую эффективность против опасных штаммов бактерий и при этом полностью биосовместимо и не вызывает раздражения или воспаления кожи. В перспективе из материала можно будет создавать медицинскую форму, спортивную одежду и бытовой текстиль, рассказали «Известиям» разработчики.
Ранее ученым удавалось придавать тканям либо антибактериальные, либо водоотталкивающие свойства. Совместить эти характеристики в одном материале, обеспечить их длительную устойчивость и при этом сохранить полную безопасность для человека до сих пор не удавалось. Как отмечают исследователи НИТУ МИСИС, им впервые удалось решить эту задачу.
Такого результата удалось добиться за счет включения в ткань гибридных наночастиц на основе нитрида бора и оксида цинка, рассказали ученые. Для того чтобы наночастицы лучше распределялись по поверхности волокон ткани и крепко с ней связывались, их предварительно обрабатывали соединением диэтилентриамином (ДЭТА), так образовывались аминогруппы на поверхности частиц. Благодаря этому они смогли сформировать водородные связи с целлюлозой — основным компонентом хлопка, таким образом обеспечивая стабильность полученных материалов.
— Нанотекстильные материалы широко распространены, тем не менее основной их проблемой остается потеря функциональности при использовании. Ранее мы разработали технологию с использованием ДЭТА, которая позволила сохранить более 50% частиц на поверхности даже спустя 40 стирок. Тем не менее ткань всё равно потеряла желаемые характеристики, поскольку моющие средства содержат большое количество поверхностно-активных веществ, которые обволакивают частицы, тем самым мешая им выполнять свои функции, — сказала младший научный сотрудник научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Елизавета Пермякова.
Целью данной работы было получение материалов, которые, обладая антибактериальной активностью и гидрофобностью, способны очищаться от загрязнений альтернативным путем, в данном случае солнечным светом, отметила она.
Что показали испытания умной ткани
Испытания подтвердили высокие водо- и грязеотталкивающие свойства нового покрытия. Угол контакта с водой достигает 145 градусов — влага не впитывается в ткань, а собирается в капли и скатывается с поверхности, унося с собой частицы пыли и загрязнений. После суток нахождения в жидкости материал сохраняет до 92,6% защитного слоя, тогда как немодифицированная ткань теряет более трети покрытия.
— Главная особенность — сочетание антибактериального эффекта со светоактивным очищением. Под воздействием ультрафиолета нанопокрытие на основе оксида цинка запускает химическую реакцию, разлагающую органические загрязнения: компоненты пота, пищевых пятен или напитков. Таким образом ткань не только отталкивает загрязнения, но и разрушает те из них, которые остались на поверхности, — отметил директор научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Дмитрий Штанский.
Эта технология действительно выделяется даже на фоне активных мировых исследований в данной области, рассказала «Известиям» президент Межрегиональной ассоциации предпринимателей и предприятий легкой промышленности «Мода. Технологии. Ритейл», эксперт рынка НТИ WearNet Алена Русакова.
— Умная одежда — это новый тренд. И здесь мы видим не просто какую-то одну функцию, а три в одном: антибактериальность, водоотталкивание и самоочищение в одном материале. Крайне сложно вообще добиться сочетания гидрофобности, фотокатализа и биосовместимости в одном исследовании — а у наших ученых это получилось. Очень важно, что специалисты решили проблему стабильности покрытия, материал не потеряет свои свойства после первых стирок, что считается одним из потребительских ограничений подобных разработок в мире, — отметила эксперт.
В первую очередь разработка найдет применение в медицинской одежде и текстиле, где критически важны гигиена и снижение микробной нагрузки, считает старший преподаватель НОЦ инфохимии Университета ИТМО Мария Ашихмина. По ее словам, материал перспективен для спортивной одежды — для борьбы с запахами и следами пота, а также для форменной и специальной экипировки, эксплуатируемой в условиях повышенного загрязнения. Кроме того, покрытие может применяться в детской одежде и товарах, где особенно важно подтвержденное отсутствие вредного воздействия и гипоаллергенность.
— Оксид цинка известен своей биосовместимостью и антимикробными свойствами. Это открывает возможности для создания перевязочных материалов с антибактериальным и самодезинфицирующимся эффектом, а также текстильных покрытий для больничной среды. Такие технологии могут позволить снизить риск внутрибольничных инфекций — особенно с учетом роста антибиотикорезистентности, — подчеркнула специалист.
Однако лабораторные исследования — это одно, а массовый выпуск материалов с использование данной технологии — совсем другое, отметила Алена Русакова. По ее словам, для масштабного выпуска таких материалов необходимы выстроенная система трансфера технологий, специализированное оборудование и подготовленные кадры.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда, а также в рамках реализации стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинская инженерия и биоматериалы» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030». Подробные результаты ученые опубликовали в научном журнале Applied Surface Science.