ציפויי פוליאורה אנטי-מיקרוביאליים עם סימום של חומרי אדמה נדירים

ציפויי פוליאורה אנטי-מיקרוביאליים עם חלקיקי תחמוצת ננו-אבץ מסוממים בחומרי אדמה נדירים

מקור: AZO MATERIALS מגפת הקורונה הוכיחה את הצורך הדחוף בציפויים אנטי-ויראליים ואנטי-מיקרוביאליים למשטחים במרחבים ציבוריים ובסביבות בריאות. מחקר שפורסם לאחרונה באוקטובר 2021 בכתב העת Microbial Biotechnology הדגים תכשיר מהיר מסומם בננו-תחמוצת אבץ לציפויי פוליאוריאה, המבקש לטפל בבעיה זו. הצורך במשטחים היגייניים כפי שהודגם על ידי התפרצויות מרובות של מחלות מדבקות, משטחים הם מקור להעברת פתוגנים. הצורך הדחוף בכימיקלים מהירים, יעילים ולא רעילים ובציפויי משטח אנטי-ויראליים ואנטי-מיקרוביאליים דרבן מחקר חדשני בתחומי הביוטכנולוגיה, הכימיה התעשייתית ומדעי החומרים. ציפויי משטח בעלי פעולה אנטי-ויראלית ואנטי-מיקרוביאלית יכולים להפחית את הסיכון להעברה נגיפית ולהרוג מבנים ביולוגיים ומיקרואורגניזמים במגע. הם מעכבים את צמיחת המיקרואורגניזמים באמצעות שיבוש קרום התא. הם גם משפרים את תכונות המשטח, כגון עמידות בפני קורוזיה ועמידות. על פי המרכז האירופי לבקרת מחלות ומניעתן, 4 מיליון איש (בערך פי שניים מאוכלוסיית ניו מקסיקו) ברחבי העולם נדבקים מדי שנה בזיהום הקשור לבריאות. מצב זה מוביל לכ-37,000 מקרי מוות ברחבי העולם, כאשר המצב חמור במיוחד במדינות מתפתחות שבהן לאנשים ייתכן שאין גישה לתשתיות תברואה והיגיינה נאותות בתחום הבריאות. בעולם המערבי, נגיפים הקשורים למחלות זיהומיות (HCAI) הם גורם המוות השישי בגודלו. כל דבר רגיש לזיהום על ידי חיידקים ווירוסים - מזון, ציוד, משטחים וקירות וטקסטיל הם רק כמה דוגמאות. אפילו לוחות זמנים קבועים לתברואה עשויים לא להרוג כל חיידק הקיים על משטחים, ולכן קיים צורך דחוף לפתח ציפויי משטח לא רעילים המונעים צמיחה מיקרוביאלית. במקרה של קוביד-19, מחקרים הראו כי הנגיף יכול להישאר פעיל על משטחי נירוסטה ופלסטיק שנוגעים בהם לעתים קרובות עד 72 שעות, מה שמדגים את הצורך הדחוף בציפויי משטח בעלי תכונות אנטי-ויראליות. משטחים אנטי-מיקרוביאליים נמצאים בשימוש במסגרות בריאות כבר למעלה מעשור, ומשמשים לשליטה בהתפרצויות MRSA. תחמוצת אבץ - תרכובת כימית אנטי-מיקרוביאלית שנחקרת באופן נרחב תחמוצת אבץ (ZnO) בעלת תכונות אנטי-מיקרוביאליות ואנטי-ויראליות חזקות. השימוש ב-ZnO נחקר באופן אינטנסיבי בשנים האחרונות כמרכיב פעיל בכימיקלים אנטי-מיקרוביאליים ואנטי-ויראליים רבים. מחקרי רעילות רבים מצאו כי אבץ תחמוצת אבץ (ZnO) כמעט ואינו רעיל לבני אדם ובעלי חיים, אך יעיל מאוד בשיבוש המעטפות התאיות של מיקרואורגניזמים. ניתן לייחס את מנגנוני הריגת המיקרואורגניזמים של תחמוצת אבץ למספר תכונות. יוני Zn2+ משתחררים על ידי המסה חלקית של חלקיקי תחמוצת אבץ, אשר משבשים פעילות אנטי-מיקרוביאלית נוספת גם במיקרובים אחרים הקיימים, כמו גם מגע ישיר עם דפנות התא ושחרור של מיני חמצן ריאקטיביים. פעילות אנטי-מיקרוביאלית של תחמוצת אבץ קשורה בנוסף לגודל החלקיקים ולריכוזם: חלקיקים קטנים יותר ותמיסות בריכוז גבוה יותר של ננו-חלקיקי אבץ מגבירה את הפעילות האנטי-מיקרוביאלית. ננו-חלקיקי תחמוצת אבץ קטנים יותר חודרים ביתר קלות לקרום התא המיקרוביאלי בגלל שטח הפנים הגדול שלהם. מחקרים רבים, במיוחד לאחרונה על Sars-CoV-2, הבהירו פעולה יעילה דומה כנגד וירוסים. שימוש בציפויי ננו-תחמוצת אבץ ופוליאוריאה מסוממים מחדש ליצירת משטחים בעלי תכונות אנטי-מיקרוביאליות מעולות. הצוות של לי, ליו, יאו ונראסימאלו הציע שיטה להכנה מהירה של ציפויי פוליאורה אנטי-מיקרוביאלית על ידי הכנסת חלקיקי ננו-תחמוצת אבץ מסוממים באדמה נדירה שנוצרו על ידי ערבוב הננו-חלקיקים עם אדמה נדירה בחומצה חנקתית. חלקיקי הננו-ZnO סוממו בצריום (Ce), פרסאודימיום (Pr), לנתנום (LA) וגדוליניום (Gd.). חלקיקי ננו-תחמוצת אבץ מסוממים בלנתנום נמצאו יעילים ב-85% כנגד זני חיידקים P. aeruginosa ו-E. coli. חלקיקים ננו-חלקיקים אלה נשארים יעילים ב-83% בהריגת חיידקים, גם לאחר 25 דקות של חשיפה לאור UV. חלקיקי הננו-תחמוצת האבץ המסוממים שנחקרו במחקר עשויים להראות תגובת אור UV ותגובה תרמית משופרות לשינויי טמפרטורה. ביו-אסיי ואפיון משטחים סיפקו גם ראיות לכך שמשטחים שומרים על פעילותם האנטי-מיקרוביאלית לאחר שימוש חוזר. ציפויי פוליאוריאה הם בעלי עמידות גבוהה עם פחות סיכון להתקלפות משטחים. עמידות המשטחים בשילוב עם הפעילות האנטי-מיקרוביאלית והתגובה הסביבתית של חלקיקי הננו-ZnO מספקים שיפורים בפוטנציאל שלהם ליישומים מעשיים במגוון סביבות ותעשיות. שימושים פוטנציאליים מחקר זה מראה פוטנציאל עצום לשליטה בהתפרצויות עתידיות ולעצירת העברת נגיפים HPAI במסגרות בריאות. קיים גם פוטנציאל לשימוש בהם בתעשיית המזון לספק אריזות וסיבים אנטי-מיקרוביאליים, ולשפר את איכותם וחיי המדף של מצרכי מזון בעתיד. בעוד שמחקר זה עדיין בחיתוליו, אין ספק שהוא יעבור בקרוב מהמעבדה לתחום המסחרי.