Nanostruktureret kobberoverflade viser potentiale for gennemsigtige, antimikrobielle overflader i touch-skærme

Interessen for antimikrobielle løsninger til personlige og multi-user touch-skærme, såsom tablets og mobile enheder, er vokset i de senere år. Traditionelle metoder som sprøjtebare alkoholer eller servietter er ikke ideelle til disse sarte skærme. Antimikrobielle belægninger påført direkte på glasset er et lovende alternativ, men kun hvis de er gennemsigtige og langtidsholdbare.

Tidligere foreslåede belægningsløsninger, såsom fotokatalytiske metaloxider (f.eks. TiO₂ og ZnO), har givet nogle udfordringer. Derudover kræver disse belægninger typisk lys og fugt for at være antimikrobielle og eliminere mikroberne på overfladen.

Kobber er et velkendt biocidholdigt metal med høj effekt mod en lang række mikroorganismer, og det er traditionelt blevet brugt til genstande som dørhåndtag og hospitalsgelænder.

Kobberbelægninger er dog overvejende uigennemsigtige, hvilket til dato har forhindret realiseringen af ​​en gennemsigtig, kobberbaseret antimikrobiel løsning, der er egnet til skærme. Ydermere kan metalfilmens høje elektriske ledningsevne negativt interferere med den berøringsfølsomme funktionalitet på mobile enheder.

Et team af forskere har designet og implementeret en gennemsigtig nanostruktureret kobberoverflade (TANCS), som er ikke-ledende og modstandsdygtig over for væksten af ​​visse bakterier. I en nylig undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Communications Materials , ICFO-forskere Christina Graham, Alessia Mezzadrelli ledet af ICREA-professor Valerio Pruneri og kolleger fra Corning, herunder Wageesha Senaratne, Santona Pal, Dean Thelen, Lisa Hepburn og Prantik Mazumder, har beskrevet deres nye tilgang til at udvikle denne overflade.

Fremstillingsprocessen af ​​denne overflade involverede afsætning af en ultratynd kobberfilm med en nominel tykkelse på 3,5 nm på et glassubstrat. Derefter brugte forskerne en hurtig termisk udglødningsproces til at danne affugtede Cu-nanopartikler med optimal størrelse og fordeling.

Det specifikke design og metode gav en antimikrobiel effekt, gennemsigtighed, farveneutralitet og elektrisk isolering. Endelig yderligere lag af SiO₂ og fluorsilaner blev aflejret oven på nanopartiklerne, hvilket gav miljøbeskyttelse og forbedrede holdbarhedsegenskaber med use-test cases.

Forfatterne af undersøgelsen undersøgte den fabrikerede belægningsmorfologi, optiske respons, antimikrobiel effektivitet og mekanisk holdbarhed. TANCS viste evnen til at eliminere over 99,9 % af Staphylococcus aureus til stede på de testede overflader inden for to timer under strenge tørre testbetingelser.

Desuden demonstrerede substratet optisk gennemsigtighed, der muliggjorde 70-80% lystransmission i det synlige område (380-750nm), farveneutralitet. Endelig har overfladerne vist sig at have en langvarig effektivitet med brugstesttilfælde, idet de bevarer deres antimikrobielle aktivitet selv efter en streng aftørringstestprocedure.

"Dette er et godt eksempel på at skabe et produkt med flere attributter og samtidig optimere de højeffektive antimikrobielle egenskaber, der virker under tørre testforhold for berøringsaktiverede testcases til displaybrug.

"Vores mål var at vise sammenhænge med biologisk ydeevne og fysiske egenskaber og give yderligere vejledning til fremtidig forskning," sagde Senaratne, forsker ved Corning og førende medforfatter af undersøgelsen.

"Denne nye tilgang til at overveje affugtningsprocessen åbner en række nye muligheder for at udnytte nogle specifikke egenskaber ved metaller og samtidig være i stand til omhyggeligt at ændre de andre.

"Her var vi for eksempel i stand til at bevare kobberets kraftige antimikrobielle virkning, samtidig med at vi opnåede gennemsigtighed og isolering på trods af brugen af ​​et metal," sagde Mezzadrelli, forfatter til undersøgelsen og ph.d. elev af Nano-Glass projektet.

Introduktionen af ​​disse gennemsigtige antimikrobielle overflader lover betydeligt i en verden, der i stigende grad er afhængig af berørbare skærme, herunder smartphones eller tablets.

"Selvom yderligere udvikling er nødvendig for fuldgyldig kommerciel udrulning, er dette et skridt i den rigtige retning for at muliggøre antimikrobielle berøringsskærme til offentlige eller personlige skærme," sagde Mazumder, forsker ved Corning og medforfatter af undersøgelsen.

"Den proof-of-concept overflade, vi har udviklet med Corning, er et eksempel på vores kontinuerlige fælles indsats i udviklingen af ​​forbedret multifunktionelt skærmglas ved hjælp af nano-strukturering," sagde Pruneri, ICREA professor ved ICFO og koordinator for Nano-Glass projekt.

Flere oplysninger: Christina Graham et al., Mod gennemsigtige og holdbare kobberholdige antimikrobielle overflader, Kommunikationsmaterialer (2024). DOI:10.1038/s43246-024-00472-w

Journaloplysninger: Kommunikationsmateriale

Leveret af ICFO