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 Михайлович Емельяненко.
Лазерная обработка медной фольги / © 2026 Кирилл Емельяненко, ИФХЭ РАН
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.
Образцы протестированных медных поверхностей на кнопках лифта, дверной ручке и выключателе / © 2026 Даниил Филин, ИФХЭ РАН
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 Михайлович 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).
По материалам: Alexandre M. Emelyanenko, Andrey V. Buglak, Kirill A. Emelyanenko, Edward A. Domblides, Gleb A. Putsman, Daniil V. Filin, Lusine R. Avetisyan, Marina Y. Chernukha, Sergei K. Zyryanov, Ludmila B. Boinovich. Replaceable laser-textured copper foils and Cu-TiO2 composite foils for sustained suppression of microbial contamination on ICU high-touch surfaces. Chemical Engineering Journal. Volume 543, 2026, article 178733, 01 September 2026. DOI: 10.1016/j.cej.2026.178733.
Материал подготовлен: Лаборатория поверхностных сил ИФХЭ РАН
