خبر کامل
کشف راهکار فیزیکی جدید برای مقابله با زیست‌لایه‌های باکتریایی با نانوتیغه‌ها
زیست‌لایه‌های باکتریایی، پوشش‌های چسبنده لزجی که روی سطوح مرطوب شکل می‌گیرند، یکی از معضلات پرهزینه و تأسف‌بار دنیای امروز محسوب می‌شوند. این ساختارهای محافظت‌شده، باکتری‌ها را پنهان کرده و نه تنها فرآیند درمان عفونت‌ها را دشوار می‌سازند، بلکه عامل اصلی عفونت‌های بیمارستانی هستند که سالانه جان هزاران بیمار را در سراسر جهان به خطر می‌اندازند. اکنون، دانشمندان راهکاری نوآورانه و کاملاً فیزیکی برای مقابله با این چالش ارائه کرده‌اند.
چالش جهانی زیست‌لایه‌های باکتریایی
مشکل زیست‌لایه‌ها تنها به حوزه سلامت محدود نمی‌شود؛ این لایه‌های چسبنده در بخش‌های صنعتی نیز خسارات قابل توجهی به بار می‌آورند. در صنایع دریایی، لوله‌های انتقال سیالات، برج‌های خنک‌کننده و بدنه کشتی‌ها، زیست‌لایه‌ها منجر به چسبندگی، خوردگی، افزایش مصرف انرژی و رسوب‌گذاری می‌شوند که هزینه‌های نگهداری را به شدت بالا می‌برد.
راهکار فیزیکی نانومقیاس دانشگاه چالمرز
محققان دانشگاه صنعتی چالمرز (Chalmers University of Technology) سوئد، موفق شده‌اند راهکاری را توسعه دهند که به جای تکیه بر سموم و آنتی‌بیوتیک‌ها، از یک مکانیسم فیزیکی برای از بین بردن باکتری‌ها استفاده می‌کند: سوراخ‌کردن غشای سلولی آن‌ها با نوک‌تیغه‌های نانومقیاس.
نقش چارچوب‌های آلی فلزی (MOF)
این تحقیق که در مجله «Advanced Science» منتشر شده است، نشان می‌دهد که چارچوب‌های آلی فلزی (Metal–Organic Frameworks) که به اختصار MOF نامیده می‌شوند، می‌توانند در کاربردی کاملاً جدید به کار گرفته شوند. MOFها معمولاً به دلیل ساختار سه‌بعدی و حفره‌های بزرگشان در زمینه‌هایی چون ذخیره‌سازی گاز، جذب دی‌اکسیدکربن، کاتالیز و تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اما پژوهشگران چالمرز نشان دادند که با کنترل رشد اپیتاکسیال (رشد بلوری منظم) یک MOF روی MOF دیگر، می‌توان ساختاری ایجاد کرد که سطح آن با نوک‌تیغه‌های بسیار تیز و منظم پوشیده شود. این نوک‌تیغه‌ها به محض نزدیک‌شدن باکتری، غشای سلولی آن را پاره کرده و عملاً مانع از تشکیل زیست‌لایه می‌شوند.
ژجیان کائو، نویسنده اصلی پژوهش، توضیح می‌دهد: «این ساختار مانند ریزتیغه‌هایی است که باکتری را پیش از آن‌که فرصت چسبیدن پیدا کند، خنثی می‌کند. ما در این روش از هیچ‌گونه یون فلزی سمی یا عامل ضدباکتریایی استفاده نکرده‌ایم.»
مهندسی فاصله بهینه نوک‌تیغه‌ها
مهم‌ترین چالش فنی در توسعه این پوشش، تنظیم دقیق فاصله میان نوک‌تیغه‌ها بود. اگر فاصله بیش از حد زیاد باشد، باکتری‌ها فضای کافی برای عبور و چسبیدن پیدا می‌کنند. از طرفی، اگر فاصله بیش از حد کم باشد، فشار مکانیکی واردشده بر غشای باکتری کاهش می‌یابد؛ پدیده‌ای مشابه اصل فیزیکی «تخت میخ» که اجازه می‌دهد فشار روی سطح وسیع توزیع شود و آسیب به حداقل برسد.
پژوهشگران با کنترل دقیق رشد بلورهای MOF، توانستند فاصله‌ای بهینه ایجاد کنند که اثربخشی سوراخ‌کردن باکتری‌ها را به حداکثر برساند.
مزایای تولید و کاربردهای گسترده
لورِس اُرستروم، یکی از نویسندگان مقاله، مزایای این فناوری جدید را نسبت به روش‌های پیشین چنین برمی‌شمارد:
- تولید در دمای پایین: ساخت این پوشش‌ها در دمای پایین امکان‌پذیر است، که استفاده از آن‌ها را روی مواد حساس به حرارت مانند پلاستیک‌های مورد استفاده در ایمپلنت‌ها میسر می‌سازد و به تولید انبوه کمک می‌کند.
- هم‌خوانی با اقتصاد چرخشی: پلیمرهای آلی مورد نیاز در ساختار MOFها می‌توانند از پلاستیک‌های بازیافتی تولید شوند و این امر با اصول اقتصاد چرخشی هم‌خوانی دارد.
کاربرد این پوشش‌های نانوساختار بسیار گسترده است و می‌تواند شامل تجهیزات پزشکی و صنعتی حیاتی باشد:
| حوزه کاربرد | مثال‌های تجهیزات |
|---|---|
| پزشکی و سلامت | کاتتر، پروتز استخوانی، ایمپلنت دندانی، سطوح بیمارستانی، تجهیزات آزمایشگاهی |
| صنعتی و دریایی | بدنه کشتی‌ها، لوله‌های انتقال سیالات، برج‌های خنک‌کننده |
کاربرد صنعتی این فناوری می‌تواند به طور قابل توجهی مصرف رنگ‌های ضدخزه سمی را کاهش داده و خطر نشت مواد شیمیایی خطرناک به محیط‌زیست دریایی را پایین بیاورد.
این پژوهش پیشگامانه نشان می‌دهد که مقابله با زیست‌لایه‌ها لزوماً نیازمند مواد شیمیایی تهاجمی نیست و مهندسی ساختارهای نانومقیاس می‌تواند راهکاری پایدار، ایمن و قابل‌تولید برای دگرگونی آینده کنترل عفونت و نگهداری صنعتی ارائه کند.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
