В московской школе №2065 ученики вместе с педагогом изучают полезные свойства драгоценного металла — серебра. Ребята экспериментальным путем выяснили, что наночастицы серебра можно использовать как антисептик, а если нанести тонкий слой наносеребра на перчатки или маску искусственного дыхания, они будут сами себя обеззараживать. Подробнее о "блестящих" экспериментах в школьной лаборатории рассказывает учитель химии школы №2065, кандидат химических наук и член добровольной пожарной команды Любовь Оболенская.
Традиционный антисептик
Серебро использовали для обеззараживания веками. Хранили в серебряных сосудах воду, чтобы дольше сохранять ее пригодность для питья, еще до нашей эры. В 16 веке врачи применяли нитрат серебра против нагноения ран, а в 19 — для профилактики воспаления слизистой оболочки у новорожденных. Потом появились антибиотики, и серебро утратило свою популярность в качестве антибактериального средства.
Свойства наночастиц серебра отличаются от свойств его же частиц более крупных размеров (скажем, микро-). Они активно высвобождают катионы серебра, которые и проявляют антисептические свойства, тогда как крупные частицы серебра практически этого не делают.
Аптечка с наносеребром
В современной медицине наносеребро применяется, в том числе, чтобы изготавливать покрытия для медицинского оборудования, например, катетеров или повязок. Оно убивает бактерии и, в отличие от привычных нам антисептиков, долго не стирается. То есть, делает оборудование самодезинфицирующимся.
Одиннадцатиклассница Даша Степанова придумала покрыть наносеребром одноразовые предметы из аптечки первой помощи — перчатки и маску-клапан для искусственного дыхания. Ее идея была — сделать их самодезинфицирующимися, а значит, продлить срок использования. Проект школьницы победил на Экофоруме-2021.
Нанотрещины для наносеребра
Чтобы перчатки и маска стали самодезинфицирующимися, Даша соединила наносеребро с совершенно чуждым ему материалом — полиэтиленом. Это сделать сложно, но возможно. Например, с помощью синтеза наночастиц на поверхности полиэтилена in situ, прямо на месте. Но для синтеза сначала нужно сформировать на полиэтилене трещинки нанометрового размера — то есть, подвергнуть его крейзингу. Представьте себе старую резиновую грелку, потрескавшуюся на изломе. Это своеобразное продолжение крейзинга.
Такие же трещинки, но наноразмерные, можно сформировать искусственно. Делать это надо не на воздухе, а в адсорбционно-активной среде. Там, как только связь атомов полимера рвется, эту пробоину тут же заполняет растворитель, такой как н-декан. Он создает в трещине расклинивающее давление, расталкивая ее края.
Потом полимер облучают ультрафиолетом: исходные углеводородные цепи неполярны, а значит гидрофобны. Под действием ультрафиолета они частично окисляются до полярных оксо-форм, и полимер гидрофилизируется. Затем его отправляют в реакционную смесь. Здесь и образуются наночастицы серебра. Самая главная задача теперь — вовремя остановить их рост. Потому что наночастицы нестабильны и хотят увеличиться до микронных размеров. Обычно для этого нужны какие-то вспомогательные реагенты, но в проекте Даши это происходит чисто механически. Трещины сами нанометровых размеров, и в них попадает очень мало реакционной смеси. Новой маленькой частице просто неоткуда брать ионы, чтобы расти, и она так и остается наноразмерной.
Даша модифицировала два типа полиэтиленовой плёнки — толщиной 10 микрометров, для перчаток, и толщиной 100 микрометров, для маски. Для крейзинга подходит только такой полиэтилен, который не тянется. Когда синтез завершен, наночастицы серебра никуда не денутся, даже в воде. И каждая из них будет потихоньку высвобождать катионы Ag+ с антимикробными свойствами.
Хранение и тестирование
Чтобы проверить, стал ли полиэтилен сам себя обеззараживать после синтеза, Даша с помощью электрофореза проследила за деструкций плазмидных ДНК — отличительным признаком бактериального генома. Обмениваясь плазмидами, к примеру, бактерии переходят в антибиотико-резистентные штаммы. Теперь школьница планирует проследить за деструкцией плазмидных ДНК, но уже со сканирующим зондовым микроскопом. Он рутинно используется для таких задач и дает более точные результаты.