Роба без микроба
К разработке молодого ученого подтолкнули многочисленные публикации в профильных зарубежных изданиях. «Я читала обзоры про нанотекстиль, где обсуждались перспективы и преимущества применения таких тканей, по миру идет много соответствующих исследований, есть компании, которые активно внедряют данные технологии. Эксперты видят в рынке этих материалов многомиллиардный потенциал. В России в этой сфере пока мало наработок. Я решила внести свою лепту», – говорит Елизавета Пермякова.
Нанотекстиль – это либо произведенная по нанотехнологиям одежда, либо ткань, уже в готовом виде обогащенная, или, как говорят ученые, модифицированная наночастицами. Московские ученые решили пойти по второму пути. Обработка готовых изделий очень популярна – это придает дополнительные свойства и расширяет диапазон применения. Самые наглядные примеры: антистатик, знакомый еще с советских времен, антибактериальный спрей для обуви, препятствующий возникновению неприятного запаха, обработка одежды противомоскитными аэрозолями. Но все это разовый эффект, для сохранения которого изделие надо обрабатывать регулярно. Совместная разработка ученых НИТУ МИСИС и Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии придает ткани такие свойства, которые выдерживают термическое воздействие и многократную стирку. Это тот случай, когда значение изобретения наглядно объясняется на пальцах. Буквально. Маленькие девочки, подражая мамам, любят делать «маникюр» из лепестков. Но он недолговечен – «ногти» быстро облетают, как только мокрые лепестки высохнут. Наиболее сообразительные приклеивают их пластилином. Тогда наведенная красота продержится намного дольше. Схожий принцип и у разработки ученых МИСИС.
«Процесс моей работы основан на том, что мы модифицируем хлопковую ткань. Можно изначально изготавливать ткань, обладающую какими-то дополнительными характеристиками, а можно взять готовое изделие и придать ему нужные свойства, – объясняет Елизавета Пермякова. – У натуральных тканей есть очевидные преимущества. Но есть и ряд недостатков: изнашиваемость, при стирке они быстро теряют внешний вид, впитывают влагу, а также могут стать источником неприятного запаха, так как создают среду для роста патогенных бактерий».
В ходе эксперимента ученые использовали наночастицы нитрида бора, которые получили в своей лаборатории. Эти наночастицы прекрасно сорбируются на ткань – ее можно буквально прополоскать в насыщенном ими растворе. Частицы осядут на ткани, придав ей определенные свойства. Например, влагостойкость. Но эти свойства нестабильны. При механическом воздействии, например стирке, они будут десорбироваться, а попросту – опадать. Ткань потеряет полученные характеристики.
Это как в «салоне красоты» из песочницы: ногтевая пластина – это ткань, мокрые лепестки – осевшие на ткань наночастицы. В целом – красиво, но недолговечно. Ученые попытались найти тот самый «пластилин», благодаря которому наночастицы прочнее цеплялись бы к ткани. И нашли. «Чтобы повысить силу сцепки наночастиц с тканью, их дополнительно обработали органическим реактивом, содержащим карбоксильные и аминогруппы», – поясняет ученый.
Дальше чистая химия. Хлопок состоит из целлюлозы, а целлюлоза – это полимер, в котором много гидроксильных групп. При взаимодействии с модифицированными частицами образуются связи между тканью и поверхностью наночастицы, таким образом повышается стабильность полученных материалов. Сцепка получается крепкой: после сорока стирок на поверхности материала остается достаточное число наночастиц. Сам процесс модификации несложный: наночастицы бора легко синтезируются, порошок с такими частицами есть и в продаже. Его высыпают в емкость с растворенными органическими реактивами, перемешивают, растворенная органика будет сорбироваться на поверхности частиц. Вторая стадия обработки – погружение в раствор обработанных частиц самой ткани.
«Процесс не требует дорогого высокотехнологичного оборудования. Это метод жидкой химии, если следовать протоколу, то справится любой. Если говорить о бизнесе, то это реально масштабировать, главное, понимать, кто твой целевой потребитель», – поясняет Пермякова.
Основным перспективным направлением для применения технологии разработчики видят стационары, где много лежачих пациентов, которых надо страховать от пролежней. Антибактериальные свойства новых материалов проверяли на базе Государственного научного центра прикладной микробиологии и биотехнологии. Спустя сутки на образцах погибли все клетки кишечной палочки и золотистого стафилококка, вызывающего множество инфекций. Обработанное по данной технологии белье будет обладать повышенными антибактериальными свойствами.
«В процессе взаимодействия с бактериями наночастицы медленно растворяются, выделяется оксид бора. При взаимодействии с водой он превращается в ту самую борную кислоту, которую можно купить в аптеке. На основе борной кислоты выпускают антисептические средства», – комментирует исследователь.
Модификация наночастицами нитрида бора на 25% повышает и гидрофобные свойства ткани – она не намокает, капли просто скатываются. Обработанный материал пропускает меньше ультрафиолетовых лучей, что важно для защиты от яркого солнца. Сквозь обычный хлопок проходит порядка 40% потока сильного УФ-излучения, а через обогащенную по методике ученых ткань – не более 4%. Эти свойства можно использовать при пошиве спецовок для строителей, палаток или спортивной формы.
«Мы получили мультифункциональные ткани, которые по своим характеристикам превосходят не только обычный хлопок, но и полотно, модифицированное наночастицами без дополнительных органических групп. Получаемый нашим методом нанотекстиль сохраняет ценные свойства даже после многократной стирки», – подытоживает Елизавета Пермякова.
