Морской конек, а точнее его хвост, вдохновил исследователей Clemson University на осуществление большого технологического прорыва, который найдет применение в робототехнике, системах защиты и биомедицине.
Хвост морского конька составлен из квадратных призм в окружении костных пластинок, соединенных суставами, хотя многие другие существа имеют цилиндрическую хвосты. Группа инженеров во главе с Michael M. Porter захотели узнать, дает ли квадратная форма хвоста преимущество морскому обитателю. Чтобы выяснить это, ученые напечатали 3D-модель, которая имитировала квадратно-призматический хвост конька и гипотетический вариант, который был цилиндрическим.Затем исследователи били модели резиновым молотком, скручивали и сгибали их.
Инженеры обнаружили, что квадратный прототип был жестче, сильнее и более устойчив, чем круглый, при физическом воздействии, примерно в два раза. Оба прототипа можно было согнуть на 90 градусов, хотя цилиндрическая версия была менее ограничена. Porter считает, что хвост морского конька может вдохновить исследователей на разработку новых форм брони и поисково-спасательных роботов, которые движутся по земле, подобно змее.
Когда бактерии объединяются, чтобы создать биопленки, окружая себя защитным слоем слизи, они могут вызвать хронические инфекции, которые сопротивляются воздействию даже самых мощных антибиотиков.Теперь, химики Университета Массачусетса разработали капсулы, которые могут «контрабандно» пронести полезную нагрузку из масла перечной мяты и коричного альдегида через биопленку, чтобы уничтожить бактерии изнутри.
Руководивший исследованием Vincent M. Rotello уверен, что новая стратегия может предложить способ победить лекарственно-устойчивые штаммы, а также способствовать заживлению ран. Биопленки часто образуются вокруг внутренних медицинских устройств, таких как мочевые катетеры и искусственные суставы, которые обеспечивают поверхности для колонизации.Для устранения вредных бактерий, расположенных среди полисахаридов, белков, мертвых клеток, и других частиц, которые окружают их, может потребоваться лечение антибиотиками в дозах в тысячи раз выше, чем те, которые используются против свободных бактерий.
Покрытие медицинских устройств нитратом серебра или другими антибиотиками может замедлить образование биопленки. Но Rotello и его коллеги решили искать пути, чтобы использовать недорогие и нетоксичные вещества, способные проникать биопленки, которые уже сформированные.Rotello указывает, что терпеновые ингредиенты в масле перечной мяты способны эффективно убивать бактерии.Коричный альдегид, соединение, которое дает аромат корице, также является эффективным антимикробным агентом.Основная проблема заключается в том, чтобы такие эфирные масла, часто нерастворимые в воде, вступили в непосредственный контакт с бактериями.
Химики инкапсулировали капли масла мяты перечной и коричного альдегида в оболочку из наночастиц кремнезема.Используя флуоресцентно меченые варианты наночастиц кремнезема, ученые обнаружили, что капсулы легко проникают через биопленки кишечной палочки.Кислая среда биопленок затем разрушала имины, освобождая полезную нагрузку.
Исследователи проверили свои миниатюрные «гранаты» на разных биопленках, образованных из трех патогенных штаммов: синегнойной палочки, Enterobacter cloacae и лекарственно устойчивогозолотистого стафилококка А, и обнаружили, что капсулы уничтожили, по меньшей мере 99,99% присутсвующих бактерий.В отличие от этого, неинкапсулированное масло мяты перечной оказало мало влияния.
В другом тесте капсулы с коричным альдегидом способствовали росту фибробластов клеток, участвующих в заживлении ран.Команда еще не знает точные механизмы того, как капсулы проникают через биопленки, убивают бактерии и помогают фибробластам.Но это явно работает, говорит Rotello. Химики теперь надеется испытать капсулы на мышиных моделях.