Forskere finder måder at forbedre sæbe og vand på

Nanosikkerhedsforskere ved Harvard T.H. Chan School of Public Health har udviklet en ny intervention til at bekæmpe infektionssygdomme ved mere effektivt at desinficere luften omkring os, vores mad, vores hænder, og hvad der ellers rummer de mikrober, der gør os syge. Forskerne, fra Skolens Center for Nanoteknologi og Nanotoksikologi, blev ledet af lektor i aerosolfysik Philip Demokritou, centrets direktør, og førsteforfatter Runze Huang, en postdoc der. De brugte en nano-aktiveret platform udviklet i centret til at skabe og levere små, aerosoliserede vand ikke-dråber, der indeholder ikke-giftige, naturinspirerede desinfektionsmidler, hvor det ønskes. Demokritou talte med Gazette om opfindelsen og dens anvendelse på håndhygiejne, som for nylig blev beskrevet i tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry and Engineering.

GAZETTE:Giv os et hurtigt overblik over det problem, du prøver at løse.

DEMOKRITOU:Hvis du går tilbage til 60'erne og opfindelsen af ​​mange antibiotika, vi troede, at kapitlet om infektionssygdomme ville blive lukket. Selvfølgelig, 60 år senere, vi ved nu, at det ikke er sandt. Smitsomme sygdomme dukker stadig op. Mikroorganismer er smartere, end vi troede, og udvikler nye stammer. Det er en konstant kamp. Og når jeg taler om infektionssygdomme, Jeg taler primært om luftbårne og fødevarebårne sygdomme:F.eks. influenza og tuberkulose er luftbårne sygdomme, luftvejssygdomme, som forårsager millioner af dødsfald om året. Fødevarebårne sygdomme dræber også 500, 000 mennesker årligt og koster vores økonomi milliarder af dollars.

GAZETTE:Diarrésygdomme er store dræber af børn, også.

DEMOKRITOU:Det er et stort problem, især i udviklingslande med fragmenterede sundhedssystemer.

GAZETTE:Hvad er der galt med, hvordan vi renser vores hænder?

DEMOKRITOU:Vi hører hele tiden, at man skal vaske hænder. Det er en primær foranstaltning til at reducere infektionssygdomme. For nylig, vi bruger også antiseptiske midler. Alkohol er okay, men vi bruger også andre kemikalier som triclosan og klorhexadin. Der er forskning, der forbinder disse kemikalier med stigningen i antimikrobiel resistens, blandt andre ulemper. Ud over, nogle mennesker er følsomme over for hyppige vaske og gnidning med kemikalier. Det er her, nye tilgange kommer i spil. Så, inden for de seneste fire eller fem år, vi har forsøgt at udvikle nanoteknologi-baserede interventioner til at bekæmpe infektionssygdomme.

GAZETTE:Så teknologien, der er involveret her - de konstruerede vand-nanostrukturer - er et par år gammel. Hvad er nyt er applikationen?

DEMOKRITOU:Vi har værktøjerne til at fremstille disse konstruerede nanomaterialer og, i dette særlige tilfælde, vi kan tage vand og forvandle det til en konstrueret vandnanopartikel, som bærer sin dødelige nyttelast, primært giftfri, naturinspirerede antimikrobielle stoffer, og dræber mikroorganismer på overflader og i luften.

Det er ret simpelt, du skal bruge 12 volt DC, og vi kombinerer det med elektrospray og ionisering for at omdanne vand til en nanoaerosol, hvor disse konstruerede nanostrukturer er suspenderet i luften. Disse vandnanopartikler har unikke egenskaber på grund af deres lille størrelse og indeholder også reaktive oxygenarter. Disse er hydroxylradikaler, peroxider, og ligner det, naturen bruger i celler til at dræbe patogener. Disse nanopartikler, af design, også bære en elektrisk ladning, hvilket øger overfladeenergien og reducerer fordampningen. Det betyder, at disse konstruerede nanostrukturer kan forblive suspenderet i luften i timevis. Når ladningen forsvinder, de bliver til vanddamp og forsvinder.

For ganske nylig, vi begyndte at bruge disse strukturer som en bærer, og vi kan nu inkorporere naturinspirerede antimikrobielle stoffer i deres kemiske struktur. Disse er ikke super giftige for mennesker. For eksempel, min bedstemor i Grækenland plejede at desinficere hendes overflader med citronsaft – citronsyre. Eller, i mælk - og også fundet i tårer - er et andet meget potent antimikrobielt middel kaldet lysozym. Nisin er et andet natur-inspireret antimikrobielt middel, som bakterier frigiver, når de konkurrerer med andre bakterier. Naturen giver os et væld af ugiftige antimikrobielle stoffer, hvis vi kan finde en måde at levere dem på en målrettet, præcis måde, kan klare opgaven. Ingen grund til at opfinde nye og potentielt giftige kemikalier. Lad os gå på naturens apotek og shoppe.

Når vi putter disse naturinspirerede antimikrobielle stoffer i de konstruerede vand-nanostrukturer, deres antimikrobielle styrke øges dramatisk. Men det gør vi uden at bruge enorme mængder antimikrobielle stoffer, omkring 1 procent eller 2 volumenprocent. Det meste af den konstruerede vand-nanostruktur er stillestående vand.

På dette tidspunkt, disse konstruerede strukturer bærer antimikrobielle stoffer og er ladede, og vi kan bruge ladningen til at lede dem til overflader ved at anvende et svagt elektrisk felt. Du kan også slippe dem ud i luften – de er meget mobile – og de kan bevæge sig rundt og inaktivere influenzavirus, for eksempel.

GAZETTE:Hvordan ville det fungere med mad?

DEMOKRITOU:Denne nano-aktiverede platform kan også bruges som en interventionsteknologi til fødevaresikkerhedsapplikationer. Når det kommer til at desinficere vores mad, vi bruger stadig arkaiske tilgange udviklet i 50'erne. For eksempel, i dag sætter vi vores friske råvarer i klorbaserede løsninger, som efterlader rester, der kan kompromittere sundheden. Det efterlader biprodukter, som er giftige, og du skal også finde en måde at håndtere dem på.

I stedet, du kan bruge vand-nanoaerosoler, der indeholder nanogram-niveauer af en aktiv ingrediens – naturinspireret og ikke giftig – og desinficere vores mad. I øjeblikket, denne nye opfindelse er ved at blive udforsket til brug - fra gården til borden - for at forbedre fødevaresikkerheden og -kvaliteten.

GAZETTE:Så når du bruger det på mad, du ville i det væsentlige sprøjte nanopartiklerne på et salathoved, for eksempel?

DEMOKRITOU:Det afhænger af applikationen. Du kan lægge denne teknologi i dit køleskab, og det vil dræbe mikrober på fødevareoverflader og i luften der og forbedre fødevaresikkerheden. Det vil også øge holdbarheden, som er forbundet med ødelæggende mikroorganismer. Du kan også bruge denne teknologi til luftdesinfektion. Det eneste du skal bruge er 12-volt DC, som du kan strømforsyne fra din computers USB-port. Forestil dig at sidde i et tog, og du genererer et usynligt skjold af disse konstruerede vand-nanostrukturer, der beskytter dig og minimerer risikoen for at få influenza.

GAZETTE:Hvis du er i toget med en flok syge mennesker?

DEMOKRITOU:Præcis, eller på et fly, overalt hvor du har mikroorganismer. De fleste fly recirkulerer luften, og det eneste, der skal til, er en syg fyr – han behøver ikke at sidde ved siden af ​​dig – for at blive syg. Desværre, det er et stort problem. De nyere fly har filtrering for at fjerne nogle af disse patogener. Men dette er en meget alsidig teknologi, som du stort set kan tage med dig.

GAZETTE:Lad os tale om håndhygiejne.

DEMOKRITOU:Vi ved, at håndhygiejne er meget vigtigt, men ud over ulemperne ved at vaske med vand eller bruge kemikalier, de lufttørrere, der almindeligvis bruges i badeværelsesmiljøet, kan aerosolisere mikrober og sætte dem tilbage i luften og endda tilbage på dine hænder. Så der er plads til at bruge disse konstruerede vand-nanostrukturer og udvikle et alternativ, der er luft- og vandløst - fordi det bruger picogram-niveauer af vand, dine hænder bliver aldrig våde.

GAZETTE:Så du vasker dine hænder, ved hjælp af vand. Men de bliver ikke våde?

DEMOKRITOU:Præcis. Og den desinficerer hænder på 15-20 sekunder, som angivet i vores nyligt offentliggjorte undersøgelse.

GAZETTE:Hvad angår en ansøgning, kan du se noget, der ligner de håndtørrere, vi alle bruger ved rastepladser på motorveje? Kun, når du stikker hænderne ind, blæser det ikke? Føler du overhovedet noget?

DEMOKRITOU:Du mærker ikke noget. Det er problemet; det er som magi. Du ser ikke; du føler ikke; du lugter ikke; men dine hænder er desinficerede.

GAZETTE:Så hvordan ved folk, at der er sket noget? Som mennesker ønsker vi en form for stimulering.

DEMOKRITOU:Vi kunne sætte et lys og musik for at underholde folk, men ingen kan se en 25 nanometer partikel. Vi er glade for at se, at der er interesse fra industrien for at forfølge kommercialiseringen af ​​denne teknologi til håndhygiejne. Vi kan snart have en luftløs, vandfrit apparat, der kan bruges over hele linjen, dog ikke nødvendigvis i badeværelsesmiljøet. Dette kan være en batteridrevet enhed, den kan placeres omkring lufthavne og andre steder, hvor folk ikke har tid eller adgang til vand til at vaske hænder.

Denne historie er offentliggjort med tilladelse fra Harvard Gazette, Harvard Universitys officielle avis. For yderligere universitetsnyheder, besøg Harvard.edu.