Aktualności

Nanopowłoka inspirowana skrzydłami ważek

Badania wykazały, że naturalna struktura skrzydeł ważek (Odonata) i cykad (Cicadidae) zapobiega wzrostowi drobnoustrojów. Powierzchnia skrzydeł u owadów jest pokryta nanosłupkami, nadającymi wyglądu zbliżonego do łoża fakira. Gdy bakterie wchodzą w kontakt z powierzchnią skrzydeł, chroniąca je błona komórkowa zostaje rozerwana, co skutkuje śmiercią.

Zainspirowało to naukowców z Institute of Bioengineering and Nanotechnology (IBN) w Singapurze do stworzenia antybakteryjnej nanopowłoki, mającej zastosowanie w dezynfekcji powierzchni często wchodzących w kontakt ze skórą – klamek drzwi, stołów i przycisków w windach. Technologia ta może się okazać szczególnie przydatna w szpitalach i klinikach, gdzie sterylizacja jest kluczowa z powodu konieczności kontroli rozprzestrzeniania się infekcji. Badania zespołu z Singapuru zostały opublikowane w czasopiśmie „Small”.

Według danych instytucji B.C. Centre for Disease Control, 80% drobnoustrojów powodujących powszechne infekcje rozprzestrzenia się przez dotyk. Dezynfekcja często dotykanych powierzchni pomaga ograniczyć rozprzestrzenianie szkodliwych zarazków przenoszonych na dłoniach. Wymaga to jednak częstego, ręcznego czyszczenia powierzchni z powodu szybkiego wzrostu drobnoustrojów. Najpopularniejsze środki odkażające mogą również zawierać związki chemiczne, takie jak triklosan, które są uznawane za nieskuteczne i niebezpieczne, a ich stosowanie w dużych ilościach może prowadzić do uodpornienia się bakterii i skażenia środowiska.

„Mamy do czynienia z pilną potrzebą znalezienia lepszego środka odkażającego, na który baterie nie mogłyby się uodpornić, i który nie powodowałby skażenia środowiska. Dzięki niemu moglibyśmy zapobiegać szerzeniu się chorób zakaźnych przenoszonych przez kontakt z różnymi powierzchniami ” – mówi dyrektor wykonawczy IBN, profesor Jackie Y. Ying.

Zespół naukowców z IBN postanowił rozwiązać ten problem. Jego pomysłem było stworzenie nowej nanopowłoki, która samoczynnie zabijałaby bakterie. Czerpiąc inspirację z badań nad ważkami i cykadami, naukowcy z IBN stworzyli nanosłupki z tlenku cynku. Jest to związek chemiczny znany z antybakteryjnych i nietoksycznych właściwości. Nanosłupki z tlenku cynku zabiją wiele drobnoustrojów, między innymi bakterie E. coli i gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus), które przenoszone są przez kontakt ze skażonymi powierzchniami.

Testy przeprowadzane na powierzchniach ceramicznych, szklanych, cynkowych oraz wykonanych z tytanu wykazały, że powłoka skutecznie zabija 99,9% bakterii. Drobnoustroje zabijane są mechanicznie, a nie chemicznie, więc nanopowłoka nie przyczynia się do zanieczyszczania środowiska. Dodatkowo, drobnoustroje nie są w stanie uodpornić się na taki środek antybakteryjny. Powodem tego jest na sposób działania – bakterie giną przez mechaniczne uszkodzenie ich ścian komórkowych.

Dalsze badania ujawniły, że nanopowłoka wykazuje największą skuteczność, gdy zostaje naniesiona na powierzchnie cynkowe. Dzieje się tak dlatego, że nanosłupki z tlenku cynku przyspieszają uwalnianie ponadtlenków (lub reaktywnych form tlenu). Mogą one zabijać bakterie znajdujące się w najbliższym otoczeniu, a nie mają bezpośredniego kontaktu z powłoką. Super moc płynąca z połączenia cynku i nanosłupków zwiększa możliwości zastosowania nanopowłoki poza twardym podłożem.

Kolejnym etapem badań było wprowadzenie blaszki cynkowej pokrytej powłoką z nanosłupkami z tlenku cynku do wody zawierającej pałeczki E. coli. W rezultacie wszystkie bakterie zginęły. Sugeruje to, że nanopowłoka może zostać wykorzystana do oczyszczania wody.

„Nasza powłoka dezynfekuje powierzchnie w całkiem nowy, praktyczny sposób. Badania wykazały, że powłoka skutecznie zabija drobnoustroje znajdujące się na różnych typach powierzchni, a także w wodzie. Dodatkowo, podwójny mechanizm działania płynący z wykorzystania nanopowłoki na powierzchniach cynkowych umożliwia nam osiągnięcie super mocy zabijania zarazków. Mamy nadzieję, że zastosowanie tej technologii pozwoli na sterylizację powierzchni w bezpieczny, tani i skuteczny sposób, szczególnie w miejscach narażonych na gromadzenie się bakterii” – mówi dr Zhang.