Antimikrobiella polyureabeläggningar med nano-zinkoxidpartiklar dopade med sällsynta jordartsmetaller
Källa: AZO MATERIALS Covid-19-pandemin har visat det akuta behovet av antivirala och antimikrobiella beläggningar för ytor i offentliga utrymmen och hälsovårdsmiljöer. Ny forskning som publicerades i oktober 2021 i tidskriften Microbial Biotechnology har visat en snabb nano-zinkoxiddopad beredning för polyureabeläggningar som syftar till att ta itu med denna fråga. Behovet av hygieniska ytor Som flera utbrott av smittsamma sjukdomar har visat är ytor en källa till patogenöverföring. Det akuta behovet av snabba, effektiva och giftfria kemikalier och antimikrobiella och antivirala ytbeläggningar har sporrat innovativ forskning inom bioteknik, industriell kemi och materialvetenskap. Ytbeläggningar med antiviral och antimikrobiell verkan kan minska risken för virusöverföring och döda biostrukturer och mikroorganismer vid kontakt. De hindrar tillväxten av mikroorganismer genom cellmembranstörningar. De förbättrar också ytans egenskaper, såsom korrosionsbeständighet och hållbarhet. Enligt European Center for Disease Control and Prevention får 4 miljoner människor (ungefär dubbelt så många som befolkningen i New Mexico) globalt en hälsovårdsrelaterad infektion per år. Detta leder till cirka 37 000 dödsfall världen över, med situationen särskilt allvarlig i utvecklingsländer där människor kanske inte har tillgång till ordentlig sanitet och infrastruktur för hälso- och sjukvårdshygien. I västvärlden är HCAI:er den sjätte vanligaste dödsorsaken. Allt är mottagligt för kontaminering av mikrober och virus – livsmedel, utrustning, ytor och väggar samt textilier är bara några exempel. Även regelbundna saneringsscheman kanske inte dödar alla mikrober som finns på ytor, så det finns ett akut behov av att utveckla giftfria ytbeläggningar som förhindrar mikrobiell tillväxt. När det gäller covid-19 har studier visat att viruset kan förbli aktivt på ofta berörda ytor av rostfritt stål och plast i upp till 72 timmar, vilket visar det akuta behovet av ytbeläggningar med antivirala egenskaper. Antimikrobiella ytor har använts inom hälso- och sjukvården i över ett decennium och för att kontrollera MRSA-utbrott. Zinkoxid – en allmänt utforskad antimikrobiell kemisk förening Zinkoxid (ZnO) har potenta antimikrobiella och antivirala egenskaper. Användningen av ZnO har utforskats intensivt de senaste åren som en aktiv ingrediens i många antimikrobiella och antivirala kemikalier. Många toxicitetsstudier har visat att ZnO är praktiskt taget giftfritt för människor och djur, men är mycket effektivt för att störa cellhöljet hos mikroorganismer. Zinkoxidens mikroorganismdödande mekanismer kan tillskrivas ett fåtal egenskaper. Zn2+-joner frigörs genom partiell upplösning av zinkoxidpartiklar, vilket stör ytterligare antimikrobiell aktivitet även hos andra närvarande mikrober, samt direkt kontakt med cellväggar och frisättning av reaktiva syreradikaler. Zinkoxidens antimikrobiella aktivitet är dessutom kopplad till partikelstorlek och koncentration: mindre partiklar och lösningar med högre koncentration av zinknanopartiklar har ökad antimikrobiell aktivitet. Zinkoxidnanopartiklar som är mindre i storlek penetrerar lättare in i det mikrobiella cellmembranet på grund av deras stora gränssnittsarea. Många studier, särskilt av Sars-CoV-2 nyligen, har belyst liknande effektiv verkan mot virus. Användning av återdopade nano-zinkoxid- och polyureabeläggningar för att skapa ytor med överlägsna antimikrobiella egenskaper. Teamet bestående av Li, Liu, Yao och Narasimalu har föreslagit en metod för att snabbt framställa antimikrobiella polyureabeläggningar genom att introducera nano-zinkoxidpartiklar dopade med sällsynta jordartsmetaller som skapats genom att blanda nanopartiklarna med sällsynta jordartsmetaller i salpetersyra. ZnO-nanopartiklarna dopades med cerium (Ce), praseodym (Pr), lantan (LA) och gadolinium (Gd.). Lantandopade nano-zinkoxidpartiklar visade sig vara 85 % effektiva mot bakteriestammar av P. aeruginosa och E. coli. Dessa nanopartiklar förblir också 83 % effektiva på att döda mikrober, även efter 25 minuters exponering för UV-ljus. De dopade nano-zinkoxidpartiklarna som undersöktes i studien kan visa förbättrad UV-ljusrespons och termisk respons på temperaturförändringar. Bioanalyser och ytkarakterisering gav också bevis för att ytor behåller sina antimikrobiella aktiviteter efter upprepad användning. Polyureabeläggningar har också hög hållbarhet med mindre risk för att ytorna lossnar. Ytornas hållbarhet i kombination med de antimikrobiella aktiviteterna och miljöresponsen hos nano-ZnO-partiklarna ger förbättringar av deras potential för praktiska tillämpningar i en mängd olika miljöer och industrier. Potentiella användningsområden Denna forskning visar enorm potential för att kontrollera framtida utbrott och stoppa överföringen av HPAI inom hälso- och sjukvården. Det finns också potential för deras användning inom livsmedelsindustrin för att tillhandahålla antimikrobiella förpackningar och fibrer, vilket förbättrar livsmedelskvaliteten och hållbarheten i framtiden. Även om denna forskning fortfarande är i sin linda kommer den utan tvekan snart att flytta ut ur laboratoriet och in i den kommersiella sfären.
Publiceringstid: 4 juli 2022