Чтобы предотвратить перекрестное загрязнение свежих продуктов, исследователи из Техасского университета A&M создали покрытие, которое можно наносить на поверхности, контактирующие с пищевыми продуктами, такие как конвейерные ленты, ролики и сборные ведра. Помимо бактерицидных свойств, исследователи разработали покрытие с чрезвычайно высокой водоотталкивающей способностью. Исследователи заявили, что без воды бактерии не могут прилипать или размножаться на поверхности, тем самым резко сокращая загрязнение от одного продукта к другому.
«Употребление зараженных сырых продуктов ежегодно вызывает заболевание сотен людей, поэтому загрязнение продуктов питания является не только серьезной проблемой для здоровья, но и серьезным экономическим бременем», – сказал Мустафа Акбулут, доцент кафедры химического машиностроения Арти Макферрина. «В нашем исследовании мы показываем, что наше новое покрытие двойного действия, которое может как отталкивать, так и убивать бактерии, может значительно снизить распространение бактерий, предотвращая перекрестное заражение."
Результаты исследования опубликованы в февральском номере журнала ACS Applied Materials & Interfaces.
Болезни пищевого происхождения могут быть вызваны целым роем патогенов, в том числе множеством штаммов вирусов и бактерий.
Чтобы вылечить любую инфекцию после сбора урожая, свежие продукты обычно моют, а затем дезинфицируют с помощью мощных противомикробных препаратов, таких как перекись водорода или уксусная кислота.
Однако бактерии все же могут уйти невредимыми, если им удастся спрятаться в труднодоступных местах на кожуре фруктов и овощей. Кроме того, если количество бактерий достаточно велико, они могут образовывать защитные оболочки, называемые биопленками, которые дополнительно защищают их от действия дезинфицирующих средств.
Зараженные продукты могут распространять болезнетворные микроорганизмы либо напрямую, соприкасаясь с другими продуктами питания, либо косвенно, через поверхности, контактирующие с пищевыми продуктами. В настоящее время существует несколько способов предотвращения непрямой передачи, начиная от противомикробных покрытий поверхности и заканчивая необрастающими полимерными поверхностями, которые действуют как пружины, отталкивая бактерии.
Но исследователи заявили, что эти подходы, хотя поначалу были эффективны, со временем могут потерять свои результаты по ряду причин.
Чтобы преодолеть препятствия, создаваемые современными технологиями, Акбулут и его команда приступили к созданию противомикробного поверхностного покрытия, которое также является чрезвычайно гидрофобным. Они отметили, что водоотталкивающие свойства покрытия могут помочь контактирующим с пищевыми продуктами поверхностям намного дольше сохранять бактерицидное действие.
«Большинство бактерий могут выжить только в водной среде», – сказал Акбулут. "Если поверхности супергидрофобны, вода, а вместе с ней и большая часть бактерий, будут отталкиваться.
Чем меньше бактерий, тем меньше бактерий расходуется, что увеличивает общий срок службы покрытия."
Чтобы сделать покрытие двойного действия, Акбулут и его команда начали с алюминиевого листа, металла, обычно используемого в пищевой промышленности для изготовления контактных поверхностей. На поверхность металла они химически прикрепили тонкий слой соединения, называемого кремнеземом, с помощью высокой температуры. Затем, используя этот слой в качестве субстрата, они добавили смесь диоксида кремния и встречающегося в природе бактерицидного белка, обнаруженного в слезах и яичном белке, который называется лизоцимом.
Вместе слой кремнезема-алюминия, связанный со слоем кремнезема-лизоцима, образовывал покрытие, которое имело грубую текстуру при просмотре в микроскопическом масштабе. Исследователи отметили, что эта субмикроскопическая шероховатость или крошечные бугорки и щели на покрытии являются ключом к супергидрофобности.
«В целом, если вы увеличиваете шероховатость, гидрофобность материала увеличивается, но есть предел», – сказал Шухао Лю, аспирант инженерного колледжа и основной автор исследования. «Если покрытие слишком грубое, бактерии могут снова спрятаться за щелями и загрязнить.
Итак, мы изменили пропорцию диоксида кремния и лизоцима так, чтобы шероховатость обеспечивала наилучшую гидрофобность без ущерба для общей функции покрытия."
Когда их супергидрофобное покрытие, насыщенное лизоцимом, было настроено и готово, исследователи проверили, эффективно ли оно сдерживает рост двух штаммов болезнетворных бактерий, Salmonella typhimurium и Listeria innocua. При осмотре они обнаружили, что количество бактерий на этих поверхностях составляло 99.На 99% меньше, чем на голых поверхностях.
Несмотря на высокую эффективность их покрытия в предотвращении распространения бактерий, исследователи заявили, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, одинаково ли хорошо работает покрытие для смягчения перекрестного заражения вирусами. Несмотря на то, что они более долговечны, чем другие покрытия, они отметили, что их покрытие также необходимо повторно наносить после определенного количества использования.
Таким образом, в качестве следующего шага Акбулут и его команда работают над созданием более стойких покрытий с двойной функциональностью.
«Наша цель – создать умные поверхности, которые могут предотвратить прикрепление и размножение любых патогенов», – сказал Акбулут. «В связи с этим мы разработали поверхностные покрытия, которые могут предотвратить скопление бактерий на поверхностях, что является одной из основных причин перекрестного загрязнения. Сейчас мы работаем с исследователями в области сельского хозяйства, чтобы внедрить наше изобретение на практике."