Учёные создали «умные» поверхности, отталкивающие всё, кроме целевых полезных элементов

Исследователи из Университета Макмастера решили сложную проблему, создав поверхностные покрытия, которые могут отталкивать всё (бактерии, вирусы, живые клетки), но при этом могут быть модифицированы для пропускания полезных исключений.

Открытие имеет большое значение для медицины и других областей, позволяя имплантатам (сосудистым трансплантатам, искусственным клапанам сердца, суставам) связываться с телом без риска инфицирования или образования тромбов.

Новая нанотехнология может значительно снизить ложноположительные и ложноотрицательные результаты медицинских тестов, устраняя помехи от нецелевых элементов в крови и моче.

Исследование добавляет функциональность полностью отталкивающим поверхностям, существующим с 2011 года. Те покрытия полезны для гидрофобизации телефонов, стёкол и отталкивания бактерий на кухнях, но имели ограниченное применение в медицине, где требуется специфическое полезное связывание.

«Было огромным достижением создать полностью отталкивающие поверхности, но чтобы максимизировать их пользу, нам нужно было создать избирательную дверь, позволяющую полезным элементам связываться с этими поверхностями», — объясняет Тохид Дидар, старший автор статьи в журнале ACS Nano.

Например, на искусственном клапане сердца отталкивающее покрытие предотвращает прилипание клеток крови и образование тромбов, повышая безопасность.

«Покрытие, отталкивающее клетки крови, потенциально может устранить необходимость в таких лекарствах, как варфарин, которые используются после имплантации для снижения риска тромбов», — говорит соавтор Сара Имани.

Однако полностью отталкивающее покрытие также мешает организму интегрировать новый клапан в ткань самого сердца.

Спроектировав поверхность так, чтобы она позволяла прикрепляться только клеткам сердечной ткани, исследователи дают возможность организму естественным образом интегрировать новый клапан, избегая отторжения. То же относится к другим имплантатам: искусственным суставам и стентам для сосудов.

«Если вы хотите, чтобы устройство работало лучше и не отторгалось организмом, это то, что нужно сделать. Это огромная проблема в медицине», — говорит соавтор Мариам Бадв.

Вне организма селективно спроектированные отталкивающие поверхности могут значительно повысить точность диагностических тестов, позволяя прикрепляться к биосенсору только конкретной мишени (вирусу, бактерии, раковой клетке). Это критически важно при тестировании в сложных жидкостях, таких как кровь и моча.

Исследователи, сотрудничавшие с Джеффри Вайцем из Института исследований тромбоза и атеросклероза, сейчас работают над следующими этапами исследований для внедрения разработки в клиническую практику.