Вдохновленные убивающими бактерии крыльями насекомых, таких как цикады, ученые разработали естественную антибактериальную текстуру для использования на упаковке пищевых продуктов, чтобы увеличить срок хранения и сократить количество отходов. Лабораторная нанотекстура от австралийско-японской группы ученых убивает до 70% бактерий и сохраняет свою эффективность при переносе на пластик.
Более 30% продуктов питания, произведенных для потребления человеком , становятся отходами, а целые поставки отбраковываются, если обнаруживается рост бактерий . Исследование закладывает основу для значительного сокращения отходов, особенно при экспорте мяса и молочных продуктов, а также для увеличения срока годности и повышения качества, безопасности и целостности упакованных пищевых продуктов в промышленных масштабах.
Заслуженный профессор Елена Иванова из Университета RMIT сказала, что исследовательская группа успешно применила природный феномен к синтетическому материалу — пластику . «Устранение бактериального загрязнения — это огромный шаг к увеличению срока годности продуктов питания», — сказала она.
«Мы знали, что крылья цикад и стрекоз являются высокоэффективными убийцами бактерий и могли бы помочь найти решение, но воспроизведение природы всегда является сложной задачей. Теперь мы создали нанотекстурирование, которое имитирует уничтожающий бактерии эффект крыльев насекомых и сохраняет свои антибактериальные свойства. мощность при печати на пластике. Это большой шаг к естественному, нехимическому, антибактериальному упаковочному решению для пищевой и обрабатывающей промышленности».
Исследование, опубликованное в ACS Applied Nano Materials, является результатом сотрудничества RMIT, Токийского столичного университета и Института KAITEKI компании Mitsubishi Chemical. В 2015 году Австралия экспортировала в Японию продуктов питания и сельскохозяйственной продукции на сумму 3,1 миллиарда долларов США , что сделало ее пятым по величине экспортером такой продукции в страну.
Как это работает
Крылья стрекоз и цикад покрыты множеством наностолбиков — притупленных шипов, размером с клетки бактерий. Когда бактерии оседают на крыле , структура наностолбиков разрывает клетки, разрывая их мембраны и убивая их. «Это как растягивать латексную перчатку, — говорит Иванова. «По мере того, как он медленно растягивается, самое слабое место в латексе становится тоньше и в конечном итоге порвется».
Команда Ивановой разработала свою нанотекстуру, воспроизведя наностолбики насекомых и разработав собственные наноструктуры. Чтобы оценить антибактериальную способность рисунка, бактериальные клетки контролировались в Центре микроскопии и микроанализа RMIT мирового класса. Лучшие антибактериальные рисунки были переданы японской команде, которая разработала способ воспроизведения рисунков на полимерном пластике.
Вернувшись в Австралию, команда Ивановой протестировала пластиковые наноструктуры и нашла ту, которая лучше всего имитирует крылья насекомых, но при этом ее проще всего изготовить и масштабировать. Иванова сказала, что работать с пластиком сложнее, чем с другими материалами, такими как кремний и металлы, из-за его гибкости. «Нанотекстурирование, созданное в этом исследовании, хорошо себя зарекомендовало при использовании с жестким пластиком. Наша следующая задача — адаптировать его для использования с более мягкими пластиками», — сказала она.
С тех пор, как десять лет назад Иванова и ее коллеги обнаружили способность крыльев насекомых убивать бактерии, они работали над созданием оптимального нанопаттерна, чтобы использовать способность насекомых убивать бактерии и использовать его на ряде материалов. До недавнего времени было трудно найти подходящую технологию для воспроизведения этого нанотекстурирования в масштабе, подходящем для производства.
Но теперь существуют технологии для масштабирования и применения антибактериальных свойств к упаковке, среди ряда других потенциальных применений, таких как средства индивидуальной защиты.
Их новое исследование основано на исследовании 2020 года по использованию наноматериалов, вдохновленных насекомыми, для борьбы с супербактериями. Команда стремится сотрудничать с потенциальными партнерами на следующем этапе исследования — совершенствовании технологии и определении наилучших способов массового производства антибактериальной упаковки.
