Antimikrobielle polyurea-belægninger med sjældne jordartsdopede nano-zinkoxidpartikler
Kilde: AZO MATERIALS Covid-19-pandemien har vist det presserende behov for antivirale og antimikrobielle belægninger til overflader i offentlige rum og sundhedsmiljøer. Nyere forskning offentliggjort i oktober 2021 i tidsskriftet Microbial Biotechnology har vist et hurtigt nano-zinkoxid-doteret præparat til polyurea-belægninger, der søger at løse dette problem. Behovet for hygiejniske overflader Som demonstreret af flere udbrud af smitsomme sygdomme, er overflader en kilde til patogenoverførsel. Det presserende behov for hurtige, effektive og ikke-giftige kemikalier og antimikrobielle og antivirale overfladebelægninger har ansporet innovativ forskning inden for bioteknologi, industriel kemi og materialevidenskab. Overfladebelægninger med antiviral og antimikrobiel virkning kan reducere risikoen for virusoverførsel og dræbe biostrukturer og mikroorganismer ved kontakt. De hæmmer væksten af mikroorganismer gennem forstyrrelse af cellemembranen. De forbedrer også overfladens egenskaber, såsom korrosionsbestandighed og holdbarhed. Ifølge European Center for Disease Control and Prevention får 4 millioner mennesker (omtrent dobbelt så mange som befolkningen i New Mexico) globalt set en sundhedsrelateret infektion om året. Dette fører til omkring 37.000 dødsfald på verdensplan, hvor situationen er særligt alvorlig i udviklingslande, hvor folk muligvis ikke har adgang til ordentlig sanitet og sundhedsplejeinfrastruktur. I den vestlige verden er HCAI'er den sjette største dødsårsag. Alt er modtageligt for kontaminering af mikrober og vira – fødevarer, udstyr, overflader og vægge samt tekstiler er blot nogle få eksempler. Selv regelmæssige sanitetsplaner dræber muligvis ikke alle mikrober, der findes på overflader, så der er et presserende behov for at udvikle giftfri overfladebelægninger, der forhindrer mikrobiel vækst. I tilfælde af Covid-19 har undersøgelser vist, at virussen kan forblive aktiv på ofte berørte overflader af rustfrit stål og plastik i op til 72 timer, hvilket demonstrerer det presserende behov for overfladebelægninger med antivirale egenskaber. Antimikrobielle overflader er blevet brugt i sundhedsvæsenet i over et årti og har været brugt til at kontrollere MRSA-udbrud. Zinkoxid – en bredt udforsket antimikrobiel kemisk forbindelse Zinkoxid (ZnO) har potente antimikrobielle og antivirale egenskaber. Brugen af ZnO er blevet udforsket intensivt i de senere år som en aktiv ingrediens i adskillige antimikrobielle og antivirale kemikalier. Talrige toksicitetsstudier har vist, at ZnO er praktisk talt ikke-giftigt for mennesker og dyr, men er yderst effektivt til at forstyrre mikroorganismernes cellulære hylder. Zinkoxids mikroorganismedræbende mekanismer kan tilskrives et par egenskaber. Zn2+-ioner frigives ved delvis opløsning af zinkoxidpartikler, der forstyrrer yderligere antimikrobiel aktivitet, selv i andre tilstedeværende mikrober, samt direkte kontakt med cellevægge og frigivelse af reaktive iltarter. Zinkoxids antimikrobielle aktivitet er desuden knyttet til partikelstørrelse og koncentration: mindre partikler og opløsninger af zinknanopartikler med højere koncentration har øget antimikrobiel aktivitet. Zinkoxidnanopartikler, der er mindre i størrelse, trænger lettere ind i den mikrobielle cellemembran på grund af deres store grænsefladeareal. Mange undersøgelser, især af Sars-CoV-2 for nylig, har belyst en lignende effektiv virkning mod vira. Brug af genopbyggede nano-zinkoxid- og polyurea-belægninger til at skabe overflader med overlegne antimikrobielle egenskaber. Teamet bestående af Li, Liu, Yao og Narasimalu har foreslået en metode til hurtigt at fremstille antimikrobielle polyurea-belægninger ved at introducere nano-zinkoxidpartikler dopet med sjældne jordarter, der er skabt ved at blande nanopartiklerne med sjældne jordarter i salpetersyre. ZnO-nanopartiklerne blev dopet med cerium (Ce), praseodym (Pr), lanthan (LA) og gadolinium (Gd.). Lanthan-dopede nano-zinkoxidpartikler viste sig at være 85 % effektive mod bakteriestammer som P. aeruginosa og E. coli. Disse nanopartikler forbliver også 83 % effektive til at dræbe mikrober, selv efter 25 minutters eksponering for UV-lys. De dopede nano-zinkoxidpartikler, der blev undersøgt i undersøgelsen, kan vise forbedret UV-lysrespons og termisk respons på temperaturændringer. Bioassays og overfladekarakterisering gav også bevis for, at overflader bevarer deres antimikrobielle aktiviteter efter gentagen brug. Polyurea-belægninger har også høj holdbarhed med mindre risiko for at skalle af overflader. Overfladernes holdbarhed kombineret med de antimikrobielle aktiviteter og miljøresponsen fra nano-ZnO-partiklerne giver forbedringer af deres potentiale til praktiske anvendelser i en række forskellige miljøer og industrier. Potentielle anvendelser Denne forskning viser et enormt potentiale for bekæmpelse af fremtidige udbrud og for at stoppe transmissionen af HPAI'er i sundhedsvæsenet. Der er også potentiale for deres anvendelse i fødevareindustrien til at levere antimikrobiel emballage og fibre, hvilket forbedrer fødevarers kvalitet og holdbarhed i fremtiden. Selvom denne forskning stadig er i sin spæde start, vil den uden tvivl snart bevæge sig ud af laboratoriet og ind i den kommercielle sfære.
Opslagstidspunkt: 4. juli 2022