Разработаны сменные медные покрытия для больничных поверхностей

Учёные Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН совместно с коллегами из Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи и Российского университета дружбы народов разработали сменные покрытия на основе тонкой медной фольги для дверных ручек, кнопок лифтов, выключателей и других поверхностей, до которых часто дотрагиваются медицинские работники, пациенты и посетители лечебных учреждения.

Разработанные покрытия в течение 15 недель испытывались в действующем отделении реанимации и интенсивной терапии. Испытания показали, что микробное загрязнение (как по частоте выявления, так и по количеству микроорганизмов в смывах) на исследуемых поверхностях было значительно ниже, чем на контрольных поверхностях из нержавеющей стали и пластика. Результаты работы опубликованы в Chemical Engineering Journal.

Несмотря на тщательные и частые плановые уборки, поверхности в медицинских учреждениях постоянно загрязняются. Микроорганизмы, находящиеся на руках пациентов, сотрудников и посетителей, переходят на ручки, кнопки, выключатели и элементы оборудования. Такие поверхности касания часто служат передаточным звеном в распространении больничных инфекций. Поэтому материалы с собственной противомикробной активностью рассматриваются как дополнительный способ снизить микробную нагрузку в промежутках между дезинфекциями. Эти материалы не могут заменить уборку и гигиену рук. Однако их применение может сократить время, в течение которого на часто используемых предметах сохраняются жизнеспособные микроорганизмы, и тем самым уменьшить возможности для перекрёстного заражения.

Медь известна своей способностью подавлять жизнедеятельность бактерий и других микроорганизмов. Её действие связано, в частности, с высвобождением ионов, из-за чего у микроорганизмов повреждаются клеточные оболочки, нарушается обмен веществ и развивается окислительный стресс. Однако установка массивных медных деталей вместо уже существующих ручек, кнопок и выключателей потребовала бы значительных затрат. Кроме того, свойства поверхности меняются при постоянных прикосновениях, очистке и механическом износе.

«Мы предложили другой путь: наносить функциональный рельеф непосредственно на тонкую промышленно выпускаемую медную фольгу, а затем закреплять её на нужном объекте с помощью самоклеящейся основы. Такое покрытие можно вырезать по форме конкретной детали, установить без её демонтажа и легко заменить после окончания срока службы», — рассказал один из авторов работы член-корреспондент РАН Александр Емельяненко.

Для экспериментов исследователи изготовили три варианта покрытий с различной поверхностью. Первый представлял собой необработанную медную фольгу. Во втором случае медную фольгу текстурировали импульсным инфракрасным лазером. Лазер формировал регулярную систему микроскопических углублений, окружённых частицами оксидов меди микро- и нанометрового размера. Из-за такой обработки фактическая площадь поверхности увеличилась более чем в 2,5 раза по сравнению с поверхностью гладкой фольги. Сразу после изготовления текстурированная медь обладала высокой смачиваемостью: капля воды полностью растекалась по созданному рельефу. Это способствовало более тесному контакту микробных загрязнений с активной медной поверхностью.

Третий вариант представлял собой композитное покрытие: на лазерно-текстурированную медь нанесли наночастицы диоксида титана. Этот материал под действием света способен образовывать активные формы кислорода, которые повреждают микробные клетки и участвуют в разложении органических соединений. Авторы предполагали, что совместное действие меди, развитого рельефа и фотокатализатора усилит антимикробные свойства покрытия.

Испытания проводились в действующем отделении интенсивной терапии одной из московских городских клинических больниц. Покрытия закрепили на дверных ручках, кнопках лифта и клавишах выключателей. Режим эксплуатации и стандартные процедуры уборки во время исследования не меняли. Смывы с поверхностей брали четыре раза в неделю на протяжении 15 недель. Всего специалисты исследовали около полутора тысяч смывов. Для выделенных микроорганизмов определяли род или вид и подсчитывали количество клеток.

На всех медных поверхностях микроорганизмы обнаруживались реже и в меньшем количестве, чем на контрольных материалах. Различия между покрытиями на основе меди и нержавеющей сталью или АБС-пластиком сохранялись на протяжении всего периода наблюдений. Большую часть выявленной микрофлоры составляли обычные обитатели кожи человека, в том числе Staphylococcus epidermidis и Micrococcus luteus. Клинически значимые бактерии преимущественно находили на контрольных поверхностях. Например, известные своей лекарственной устойчивостью Citrobacter freundii и Acinetobacter baumannii за время испытаний были обнаружены только на контрольных образцах.

Микроскопический анализ покрытий после завершения испытаний выявил следы механического износа, а также органические и неорганические отложения. На текстурированных образцах загрязнения частично заполнили углубления, созданные лазером, и закрыли активные участки поверхности. Количество загрязнений было особенно велико на кнопках лифта и дверных ручках, которыми пользовались чаще, чем выключателями.

Наиболее устойчивую долговременную активность продемонстрировала лазерно-текстурированная медь без добавления диоксида титана. Хотя композитное покрытие после 15 недель использования сохраняло частицы диоксида титана и способность образовывать активные формы кислорода, вопреки ожиданиям оно не превзошло более простой материал в подавлении загрязнения. Для композитного материала дополнительным фактором стало неодинаковое освещение разных объектов. Активность диоксида титана зависит от длины волны и интенсивности падающего на него света, поэтому вклад фотокаталитического механизма различался в зависимости от расположения покрытия. Кроме того, накопившиеся органические вещества могли связывать выделяющуюся медь и уменьшать долю её соединений, непосредственно воздействующих на микроорганизмы.

«Один из основных результатов работы состоит в том, что материал нельзя оценивать только по лабораторным испытаниям, проведённым сразу после его изготовления. В больнице поверхность тысячи раз контактирует с руками, подвергается очистке, истиранию и постепенно покрывается сложной смесью загрязнений. В этих условиях наиболее эффективным оказался сравнительно простой вариант — лазерно-текстурированная медная фольга без дополнительного фотокаталитического слоя», — пояснил Александр Емельяненко.

Исследование показало, что поведение материала в реальном медицинском учреждении определяется не только его исходными свойствами. На эффективность влияют количество прикосновений, интенсивность освещения, уборка, истирание и состав веществ, которые постепенно оседают на поверхности.

Несмотря на износ и накопление загрязнений, значительная часть созданного лазером микро- и нанорельефа сохранилась после 15 недель эксплуатации. Важно, что конструкция покрытия не требует от него неограниченного срока службы. Использованную фольгу можно удалить и заменить новой, не снимая дверную ручку, кнопку или выключатель. Срок замены может определяться интенсивностью эксплуатации. Для кнопок лифта и дверных ручек, которых ежедневно касаются сотни рук, он будет короче, чем, например, для выключателей.

Предложенная технология позволяет адаптировать обслуживание покрытий к условиям конкретного помещения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-73-30004).

Источник: Пресс –служба РАН