Обрастание судов, нефтяных платформ и других морских металлических сооружений бактериями, водорослями и животными снижает скорость движения судна, ухудшает эксплуатационные свойства, ведёт к разрушению конструкций. На протяжении столетий эту проблему решали по-разному. Долгое время судостроители обшивали днища кораблей медью, известной своим токсичным действием на живые организмы. В ХХ веке появились сложные химические соединения, обладающие биоцидными свойствами. Их добавляли в краску, которой покрывали подводные части кораблей и конструкции. Однако эти соединения оказались экологически небезопасны. Сейчас для борьбы с обрастанием судов и морских сооружений используют соединения цинка и ванадия, но их эффективность не всегда достаточна.
С развитием нанотехнологий специалисты задумались об использовании металлов и их соединений в виде наночастиц, которые легко проникают в живые клетки, изменяя проницаемость их мембраны. Исследования, выполненные на разных живых организмах в лабораториях мира, показывают, что наночастицы на основе некоторых оксидов металлов повреждают клеточную ДНК (в том числе и бактериальных клеток), вызывают окислительный стресс — порождают активные формы кислорода. Например, доказана высокая токсичность ZnO и умеренная у TiO2.
Серия работ, выполненных специалистами Института физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск), показала, что повышенной антибактериальной активностью обладают биметаллические наночастицы и их оксиды. Например, это пары Al-Cu, Al-Zn, Cu-Zn. Исследователи провели серию экспериментов с различным соотношением металлов, чтобы выявить оптимальное их содержание с точки зрения токсичности по отношению к живым клеткам. Окисляли биметаллические наночастицы разными способами: в избытке воды выше 60°С, во влажном воздухе, гидротермальным окислением. Наиболее перспективными с точки зрения антимикробных свойств оказались нанокомпозиты, полученные при окислении водой частиц Al-10at%Cu, Al-15at%Zn и Al-8at%Ag*. Также томские исследователи установили наиболее эффективные соотношения металлов в системе Cu-Zn, для которой наблюдали синергетический эффект.
Работами томских исследователей заинтересовались специалисты Севастопольского государственного университета, работающие над проблемой обрастания морских судов и сооружений. В июне 2020 года они приступили к испытаниям наночастиц, препятствующих нарастанию морских организмов в условиях Чёрного моря. Речь идёт о бикомпонентных наночастицах оксидов металлов — однокомпонентных (ZnO, CuO) и двухкомпонентных (FeZnO, FeCuO), предназначенных для добавления в краски, которые наносятся на подводные объекты. Работы проводят на базе Центра морских исследований и технологий (ЦМИТ) СевГУ в бухте Голландия. Испытуемые образцы на буйке опускают в воду и с периодичностью раз в месяц смотрят, как и чем обрастает их поверхность — какие организмы прикрепляются к покрытию и прикрепляются ли вообще. Одновременно с помощью микроскопических и спектроскопических методов исследования контролируют, как меняется состояние и состав покрытия.
Этот этап морских испытаний должен закончиться в ноябре. В случае положительного результата сотрудники университета планируют провести эксперимент с реальной краской, используемой на кораблях.
При подготовке материала использована информация Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Севастопольского государственного университета.
Комментарии к статье
* Запись Al-10at%Cu означает алюминиевый сплав, содержащий десять атомных процентов меди. Атомные проценты — отношение (в процентах) числа атомов данного химического элемента к общему числу атомов в рассматриваемой системе.
