Antimikrobielle polyureabelegg med sjeldne jordartsmetaller

Antimikrobielle polyureabelegg med nano-sinkoksidpartikler dopet med sjeldne jordarter

Kilde: AZO MATERIALS Covid-19-pandemien har vist det presserende behovet for antivirale og antimikrobielle belegg for overflater i offentlige rom og helsemiljøer. Nylig forskning publisert i oktober 2021 i tidsskriftet Microbial Biotechnology har vist et raskt nano-sinkoksid-dopet preparat for polyurea-belegg som søker å løse dette problemet. Behovet for hygieniske overflater Som demonstrert av flere utbrudd av smittsomme sykdommer, er overflater en kilde til patogenoverføring. Det presserende behovet for raske, effektive og giftfrie kjemikalier og antimikrobielle og antivirale overflatebelegg har ansporet til innovativ forskning innen bioteknologi, industriell kjemi og materialvitenskap. Overflatebelegg med antiviral og antimikrobiell virkning kan redusere risikoen for virusoverføring og drepe biostrukturer og mikroorganismer ved kontakt. De hindrer veksten av mikroorganismer gjennom forstyrrelse av cellemembranen. De forbedrer også overflatens egenskaper, som korrosjonsbestandighet og holdbarhet. I følge European Center for Disease Control and Prevention får 4 millioner mennesker (omtrent dobbelt så mye som befolkningen i New Mexico) globalt en helserelatert infeksjon per år. Dette fører til rundt 37 000 dødsfall over hele verden, og situasjonen er spesielt ille i utviklingsland der folk kanskje ikke har tilgang til skikkelig sanitæranlegg og infrastruktur for helsevesenhygiene. I den vestlige verden er helseinfektioner og smitteverninfeksjoner den sjette største dødsårsaken. Alt er utsatt for forurensning av mikrober og virus – mat, utstyr, overflater og vegger, og tekstiler er bare noen eksempler. Selv vanlige sanitærrutiner dreper kanskje ikke alle mikrober som finnes på overflater, så det er et presserende behov for å utvikle giftfrie overflatebelegg som forhindrer mikrobiell vekst. Når det gjelder covid-19, har studier vist at viruset kan holde seg aktivt på ofte berørte overflater av rustfritt stål og plast i opptil 72 timer, noe som demonstrerer det presserende behovet for overflatebelegg med antivirale egenskaper. Antimikrobielle overflater har blitt brukt i helsevesenet i over et tiår, og har blitt brukt til å kontrollere MRSA-utbrudd. Sinkoksid – en mye utforsket antimikrobiell kjemisk forbindelse Sinkoksid (ZnO) har sterke antimikrobielle og antivirale egenskaper. Bruken av ZnO har blitt utforsket intensivt de siste årene som en aktiv ingrediens i en rekke antimikrobielle og antivirale kjemikalier. Tallrike toksisitetsstudier har funnet at ZnO er så godt som ugiftig for mennesker og dyr, men er svært effektivt til å forstyrre cellemembranen til mikroorganismer. Mekanismene for å drepe mikroorganismer i sinkoksid kan tilskrives noen få egenskaper. Zn2+-ioner frigjøres ved delvis oppløsning av sinkoksidpartikler som forstyrrer ytterligere antimikrobiell aktivitet selv i andre mikrober som er tilstede, samt direkte kontakt med cellevegger og frigjøring av reaktive oksygenarter. Antimikrobiell aktivitet av sinkoksid er i tillegg knyttet til partikkelstørrelse og konsentrasjon: mindre partikler og løsninger med høyere konsentrasjon av sinknanopartikler har økt antimikrobiell aktivitet. Sinkoksidnanopartikler som er mindre i størrelse trenger lettere inn i den mikrobielle cellemembranen på grunn av deres store grenseflateareal. Mange studier, spesielt av Sars-CoV-2 nylig, har belyst lignende effektiv virkning mot virus. Bruk av RE-dopede nano-sinkoksid og polyurea-belegg for å lage overflater med overlegne antimikrobielle egenskaper. Teamet bestående av Li, Liu, Yao og Narasimalu har foreslått en metode for raskt å fremstille antimikrobielle polyurea-belegg ved å introdusere sjeldne jordartsdopede nano-sinkoksidpartikler laget ved å blande nanopartiklene med sjeldne jordarter i salpetersyre. ZnO-nanopartiklene ble dopet med cerium (Ce), praseodym (Pr), lantan (LA) og gadolinium (Gd.). Lantandopede nano-sinkoksidpartikler ble funnet å være 85 % effektive mot bakteriestammer av P. aeruginosa og E. coli. Disse nanopartiklene forblir også 83 % effektive til å drepe mikrober, selv etter 25 minutters eksponering for UV-lys. De dopede nano-sinkoksidpartiklene som ble undersøkt i studien, kan vise forbedret UV-lysrespons og termisk respons på temperaturendringer. Bioanalyser og overflatekarakterisering ga også bevis på at overflater beholder sin antimikrobielle aktivitet etter gjentatt bruk. Polyurea-belegg har også høy holdbarhet med mindre risiko for å skalle av overflater. Holdbarheten til overflatene kombinert med de antimikrobielle aktivitetene og miljøresponsen til nano-ZnO-partiklene gir forbedringer av deres potensial for praktiske anvendelser i en rekke miljøer og bransjer. Potensielle bruksområder Denne forskningen viser et enormt potensial for kontroll av fremtidige utbrudd og for å stoppe overføringen av HPAI-er i helsevesenet. Det er også potensial for bruk i næringsmiddelindustrien for å gi antimikrobiell emballasje og fibre, noe som forbedrer kvaliteten og holdbarheten til matvarer i fremtiden. Selv om denne forskningen fortsatt er i sin spede begynnelse, vil den uten tvil snart bevege seg ut av laboratoriet og inn i den kommersielle sfæren.