Skræddersyet produktion af antivirale belægninger og cellekulturoverflader

Særlige polymerbelægninger kan give overflader funktionelle egenskaber, for eksempel antiviral adfærd. Et hold fra Institut for Materialevidenskab ved Kiel Universitet har nu for første gang sammenlignet forskellige biomedicinske belægninger og undersøgt, hvad der sker, når de interagerer med huden, med celler eller med vira.

Resultaterne er blevet publiceret i tidsskriftet Advanced Materials Interfaces og anvendt i et første industrielt projekt med antiviralt glas.

I samarbejde med University Medical Center Schleswig-Holstein i Kiel (UKSH), Nanotechnology Research Center Egypt og National Cancer Institute of Cairo University har forskere fra Kiel University omfattende sammenlignet seks belægningsmaterialer til biomedicinske anvendelser. Holdet undersøgte bio-interface-ydeevnen af ​​materialets overflader til luftvejsvira, cancerceller og fibroblaster.

"For eksempel så vi på, hvor nøgleproteiner, såsom spikeproteinet fra coronavirus, lægger sig fast på materialets overflader og viser antiviral adfærd," siger materialeforsker Torge Hartig, førsteforfatter af undersøgelsen. For antivirale belægninger mod coronavirus var holdet i stand til at vise, at sådanne interaktioner også kan beregnes for at indsnævre antallet af potentielle materialer.

Produktionsmetoden muliggør sammenligning

Denne detaljerede undersøgelse er kun mulig på grund af den metode, Kiel-teamet producerer belægningerne. I mange år har de arbejdet på den igangsatte kemiske dampaflejring (iCVD) ved professor Franz Faupels lærestol for multikomponentmaterialer.

"Dette gør os i stand til at producere transparente belægninger og justere deres tykkelse med høj præcision mellem 10 nanometer og 10 mikrometer. Deres overflade er ultraglat, ekstremt ensartet og har ingen forstyrrende defekter," siger Hartig.

Dette er afgørende, fordi mange faktorer typisk spiller en rolle ved kontakt med belægninger. Med konventionelle polymerbelægninger kan f.eks. overfladetopografi, kemiske processer, opløsningsmiddelrester eller materialefejl påvirke interaktioner med vira eller celler.

"Med vores teknologi producerer vi belægninger, der er så rene, at alle andre faktorer bortset fra kemiske processer kan udelukkes, og vi kan grundlæggende analysere de faktiske interaktioner mellem belægningen og vira eller celler," fortsætter Hartig, der laver sin doktorafhandling om biomedicinske iCVD-belægninger.

Fra ambulancer til supermarkedskasser:Belægninger testet med vinduesproducenter

Materialeforskerne kan styre deres produktionsproces meget godt og dermed forudsige og definere de funktionelle egenskaber af deres belægninger på en målrettet måde - for eksempel for at opfylde de høje krav i biomedicinske miljøer.

"Vi kan belægge produkter til cellekultur på en sådan måde, at cellerne hæfter bedre og er nemmere at dyrke," siger Dr. Stefan Schröder, leder af iCVD-aktiviteterne på formandsstolen. Da deres metode ikke kræver opløsningsmidler og kun få kemikalier, er den også væsentligt mere miljøvenlig end konventionelle vådkemiske belægningsprocesser.

Sammen med en vinduesproducent fra Sydtyskland har materialeforskerne fra Kiel omsat deres resultater i praksis. "Vi sammenlignede flere antivirale belægninger og påførte den bedste på vinduesglas," siger Schröder.

Store glasfacader kan endnu ikke belægges, "men små overflader, der udsættes for meget berøring, såsom touch-displays på hospitaler og ambulancer, filtre i åndedrætsmasker eller kasseapparater ved supermarkedernes kasser," siger Schröder, der også har skrevet sin doktorgrad. afhandling om iCVD-processen.

Et hold fra formandsstolen ønsker nu at anvende de seneste års iCVD-forskning i industriel skala og er i gang med at forberede et spin-off. "Vores mål er at producere belægninger af særlig høj kvalitet med skræddersyede egenskaber til medicin og industri," siger Hartig, der gik "konformt" med i start-up-initiativet, mens han stadig arbejdede på sin doktorgrad. Ud over antivirale egenskaber kan disse belægninger for eksempel også være vandafvisende eller isolerende - eller endda en kombination af begge dele.

Flere oplysninger: Torge Hartig et al, iCVD Polymer Thin Film Bio-Interface-Ydeevne for fibroblaster, kræftceller og vira forbundet med deres funktionelle grupper og i silico-studier (Adv. Mater. Interfaces 1/2024), Avancerede materialegrænseflader (2024). DOI:10.1002/admi.202470002

Leveret af Kiel University