Holdbar belægning dræber COVID-virus og andre bakterier på få minutter

Der kan snart være et nyt våben i vores århundreder gamle kamp mod bakterier:den første holdbare belægning, der hurtigt kan dræbe bakterier og vira og blive ved med at dræbe dem i flere måneder ad gangen.

Udviklet af et team af ingeniører og immunologer fra University of Michigan, viste det sig at være dødeligt for SARS-CoV-2 (virussen, der forårsager COVID-19), E. coli, MRSA og en række andre patogener. Det dræbte 99,9 % af mikroberne, selv efter måneder med gentagen rengøring, slid og anden straf på overflader fra den virkelige verden som tastaturer, mobiltelefonskærme og skærebrætter med kyllingeskive.

Belægningen kunne være en game changer i traditionelt bakteriebelastede offentlige rum som lufthavne og hospitaler, ifølge Anish Tuteja, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved U-M og co-korresponderende forfatter til papiret offentliggjort i Matter .

"Vi har aldrig haft en god måde at holde konstant berørte overflader som lufthavns berøringsskærme rene," sagde han. "Desinficerende rengøringsmidler kan dræbe bakterier på kun et minut eller to, men de forsvinder hurtigt og efterlader overflader sårbare over for geninfektion. Vi har langtidsholdbare antibakterielle overflader baseret på metaller som kobber og zink, men det tager timer at dræbe bakterier. Denne belægning tilbyder det bedste fra begge verdener."

Belægningen, som er klar og kan pensles eller sprøjtes på, får sin holdbarhed og bakteriedræbende kraft ved at kombinere gennemprøvede ingredienser på en ny måde. Den bruger antimikrobielle molekyler afledt af tetræolie og kanelolie, begge brugt i århundreder som sikre og effektive bakteriedræbere, der virker på under to minutter. Belægningens holdbarhed kommer fra polyurethan, en sej, laklignende forsegler, der almindeligvis bruges på overflader som gulve og møbler.

"De antimikrobielle stoffer, vi testede, er klassificeret som 'generelt betragtet som sikre' af FDA, og nogle er endda blevet godkendt som fødevaretilsætningsstoffer," sagde Tuteja. "Polyurethan er en sikker og meget almindeligt anvendt belægning. Men vi foretog toksicitetstest for at være sikker, og vi fandt ud af, at vores særlige kombination af ingredienser er endnu sikrere end mange af nutidens antimikrobielle stoffer."

Resultaterne af undersøgelsens holdbarhedstest tyder på, at belægningen kan blive ved med at dræbe bakterier i seks måneder eller længere, før dens olie begynder at fordampe og reducere dens desinfektionsevne. Men selv da siger Tuteja, at den kan genoplades ved at tørre den af ​​med frisk olie; den nye olie reabsorberes af overfladen og starter cyklussen igen.

Tuteja vurderer, at teknologien kan være kommercielt tilgængelig inden for et år; det er blevet licenseret til Hygratek, en spinoff-virksomhed, som Tuteja grundlagde med bistand fra U-M Innovation Partnerships.

Den vigtigste udfordring var at kombinere olien og polyurethanen på en måde, der lader oliemolekylerne udføre deres bakteriedræbende arbejde og samtidig forhindre dem i at fordampe hurtigt. medkorresponderende forfatter; og materialevidenskab og ingeniør Ph.D. studerende Abhishek Dhyani og Taylor Repetto, co-first forfattere - fandt en mulig løsning i tværbinding, en velkendt proces, der bruger opvarmning til at binde materialer sammen på molekylært niveau. De mindre oliemolekyler kombineres let med de tværbindende polymermolekyler og danner en stabil matrix.

Men for at dræbe bakterier skal oliemolekylerne trænge ind i deres cellevægge, hvilket de ikke kan, hvis de er tæt bundet ind i matrixen. Til sidst fandt de en mellemvej ved delvist at tværbinde materialerne - nok til at holde nogle af oliemolekylerne frie til at udføre deres arbejde, men holde andre tæt bundet til polyurethanen.

"Der var nogle forsøg og fejl, men vi fandt til sidst ud af, at tværbinding af kun noget af olien gjorde, hvad vi havde brug for," sagde Tuteja. "Den frie olie har en tendens til at blive sammen med den olie, der er tværbundet ind i matrixen, hvilket hjælper belægningen med at holde længere."

Da den grundlæggende opskrift var fastlagt, gik forskerne i gang med at finde en kombination af aktive ingredienser, der ville dræbe en lang række af de bakterier, der plager mennesker mest. For at identificere et repræsentativt udvalg af mikrober arbejdede de sammen med de tilsvarende forfattere Christiane E. Wobus, en lektor i mikrobiologi og immunologi, og J. Scott VanEpps, en lektor i akutmedicin, begge ved U-M Medical School. I sidste ende fandt de en præcis balance af antimikrobielle molekyler, der var effektive, sikre og billige.

Tuteja understreger, at de ikke er låst fast i én bestemt formel; holdets forståelse af individuelle ingrediensers egenskaber gør dem i stand til at tilpasse formlen til specifikke anvendelser eller rebalancere de antimikrobielle midler for at dræbe specifikke bakterier.

"Det er aldrig vores mål bare at udvikle en engangsbelægning, men i stedet at udvikle et bibliotek af underliggende materialeegenskaber at trække fra," sagde Tuteja. "Hvis vi kan forstå disse egenskaber, så kan vi udvikle belægninger for at imødekomme behovene for specifikke applikationer."

University of Michigan har ansøgt om et patent baseret på denne teknologi. + Udforsk yderligere

'Alt-afvisende' belægning kunne børnesikre telefoner, hjem