Из рисовых отрубей получили биоразлагаемую плёнку против бактерий
Рисовые отруби — побочный продукт производства белого риса — обычно идут на корм скоту, удобрение или просто выбрасываются. Исследование Арканзасской сельскохозяйственной опытной станции показывает: этот доступный материал может стать источником биоразлагаемой пищевой упаковки со встроенными антибактериальными свойствами. Работа описана на phys.org.
Команда учёных под руководством Махфузура Рахмана при финансовой поддержке Арканзасского института биологических наук изучила возможности холодной плазмы в создании нового поколения антимикробных материалов. Параллельно это исследование вписывается в глобальную повестку борьбы с устойчивостью к антимикробным препаратам: по данным ЦКЗ США, ежегодно в стране регистрируется более 2,8 млн случаев инфекций, вызванных устойчивыми патогенами.
Откуда идея: из микроэлектронной промышленности
Плазма — четвёртое состояние вещества, наблюдаемое в природе в таких явлениях, как Северное сияние. В промышленности её активно применяют для травления полупроводников при производстве микросхем — прицельного удаления материала с поверхности. Именно из этой технологии Рахман позаимствовал идею.
«Эта идея пришла из производства микрочипов. Там плазму используют для травления при сборке полупроводниковых слоёв, и мы перенесли этот принцип на плёнки из рисовых отрубей», — объясняет Рахман.
В данном случае применяется «холодная плазма» — генерируемая аргоновым газом при атмосферном давлении. В отличие от горячей плазмы, она не разрушает биологические материалы, но несёт мощный антимикробный заряд.
Как это работает: два механизма против бактерий
Аргоновая холодная плазма действует на рисово-отрубяную плёнку двумя путями:
- Физический: на поверхности плёнки создаются микроскопические острые выступы — шипы, которые механически нарушают клеточные оболочки бактерий;
- Химический: плазменная обработка запускает реакцию, в результате которой образуется и высвобождается перекись водорода — сильный окислитель с выраженными антимикробными свойствами.
Совокупность этих двух эффектов вместе с улучшенной смачиваемостью поверхности и изменениями в химии плёнки объясняет, почему обработанный материал убивает бактерии.
Результаты испытаний продемонстрировали высокую эффективность. Плазменная обработка подавляла рост трёх опасных пищевых патогенов:
- E. coli — одна из главных причин пищевых отравлений;
- Staphylococcus aureus — возбудитель широкого спектра инфекций, в том числе устойчивых к антибиотикам (MRSA);
- Pseudomonas aeruginosa — особо опасная бактерия с высоким уровнем антибиотикорезистентности.
Популяции всех трёх патогенов существенно сократились в течение восьми часов после нанесения на плёнку, а через 24 часа их повторный рост был полностью подавлен. Необработанные рисово-отрубяные плёнки показали обратный эффект — активный рост бактерий.
Свойства нового материала
Команда также проанализировала физические характеристики обработанных плёнок. Плазменная обработка обеспечивает:
- биоразлагаемость: в отличие от большинства пластиков, материал разлагается без образования стойкого химического загрязнения;
- удовлетворительные механические свойства: прочность на разрыв, термостабильность;
- адекватную паронепроницаемость: важный параметр для пищевой упаковки.
Рукопись исследования представлена на рецензирование. Параллельно команда планирует подать заявку на грант для изучения медицинских применений материала — например, в антимикробных покрытиях для медицинских изделий.
Читайте также: упаковка из тыквенной кожуры прошла лабораторные тесты.
«Разработка эффективных антимикробных плёнок — одна из важнейших задач современного материаловедения», — подчёркивает Рахман.
