Использование рассеянного ультрафиолетового излучения для уменьшения роста биопленок на стёклах подводных приборов
Биопленки – совокупность микроорганизмов, клетки которых прикреплены друг к другу, расположенных на какой-либо поверхности. Они быстро растут на стекле и других материалах, погруженных под воду, а также способны повредить дорогостоящее оборудование и снизить оптическую прозрачность защитных окон, используемых в камерах и устройствах связи.
Группе ученых из США удалось модифицировать кварцевое стекло таким образом, чтобы рассеянное на его поверхности УФ-излучение способствовало уменьшению роста биопленки на 98%. Технология изготовления такого стекла основана на использовании волноводов с наночастицами, что имеет потенциал для уменьшения микробного загрязнения и дезинфекции любых прозрачных поверхностей.
Использование УФ-излучения
Современные методы борьбы с образованием биопленок включают использование специальных покрытий, в составе которых могут быть так называемые активные радикалы, которые воздействуют на морские организмы, тем самым нанося вред экосистемам. Другим недостатком этих покрытий является их недолговечность. Использование же УФ-излучения не требует применения опасных для экосистем добавок и предотвращает рост микроорганизмов даже при чрезвычайно низкой освещенности.
Однако, в подводной среде нельзя использовать обычное облучение ультрафиолетовым (УФ) светом, потому что по мере удаления от источника свет становится слабее. Неравномерное распределение УФ-излучения делает уязвимой всю поверхность, так как если биопленка начнет образовываться на её части, то со временем сможет распространиться и на остальную поверхность.
Группа ученых во главе с Марианой Ланзарини-Лопес из лаборатории Массачусетского университета нашла способ предотвращения образования морской биопленки с использованием рассеянного УФ-излучения.
«Ранее мы обнаружили, что волноводы способны рассеивать УФ-излучение, если модифицировать поверхность с помощью наночастиц», - говорит Ланзарини-Лопес. – «Так как окна и линзы являются волноводами, мы решили применить тот же подход и использовать бактерицидное излучение для предотвращения роста биопленки».
Снижение биологического роста
Целью исследования было доказать, что стекло, рассеивающее УФ-излучение, может препятствовать росту биопленки. Ученые модифицировали прозрачные для УФ-излучения кварцевые стекла путем нанесения наночастиц кремнезема диаметром 200 нм, благодаря чему создается равномерное «свечение» поверхности стекла. Использование кремнезема обусловлено его низким коэффициентом поглощения и высоким коэффициентом рассеяния на 265 нм. Сверху стекла были покрыты оптическим полимером. При этом стекло сохранило показатели прозрачности в видимом и инфракрасном диапазонах на уровне 99%.
После 20-дневного погружения под воду, стекло, рассеивающее УФ-излучение, было на 98% менее загрязнено биопленками, по сравнению с контрольными стеклами.
Данная технология может быть использована для изготовления окон, объективов камер и датчиков, применяемых в океанографии, сельском хозяйстве и т.п.
По словам Ланзарини-Лопес, сейчас их исследовательская группа работает над оптимизацией и развитием технологии для ее дальнейшего применения на корпусах судов и объективах фотоаппаратов.