Antimikrobielle Polyharnstoffbeschichtungen mit seltenerddotierten Nano-Zinkoxid-Partikeln
Quelle:AZO MATERIALSDie Covid-19-Pandemie hat den dringenden Bedarf an antiviralen und antimikrobiellen Beschichtungen für Oberflächen in öffentlichen Räumen und im Gesundheitswesen gezeigt. Aktuelle Forschungsergebnisse, die im Oktober 2021 in der Fachzeitschrift „Microbial Biotechnology“ veröffentlicht wurden, haben ein schnelles, mit Nano-Zinkoxid dotiertes Präparat für Polyharnstoffbeschichtungen gezeigt, das dieses Problem angehen soll. Der Bedarf an hygienischen Oberflächen Wie mehrere Ausbrüche übertragbarer Krankheiten gezeigt haben, sind Oberflächen eine Quelle von Krankheitserregern Übertragung. Der dringende Bedarf an schnellen, wirksamen und ungiftigen Chemikalien sowie antimikrobiellen und antiviralen Oberflächenbeschichtungen hat innovative Forschung in den Bereichen Biotechnologie, Industriechemie und Materialwissenschaften vorangetrieben. Oberflächenbeschichtungen mit antiviraler und antimikrobieller Wirkung können das Risiko einer Virusübertragung verringern und töten Biostrukturen und Mikroorganismen bei Kontakt ab. Sie behindern das Wachstum von Mikroorganismen durch Zerstörung der Zellmembran. Sie verbessern auch Eigenschaften der Oberfläche, wie Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit. Nach Angaben des Europäischen Zentrums für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten erkranken weltweit jedes Jahr 4 Millionen Menschen (etwa das Doppelte der Bevölkerung von New Mexico) an einer gesundheitsbedingten Infektion. Dies führt weltweit zu rund 37.000 Todesfällen, wobei die Situation in Entwicklungsländern besonders schlimm ist, wo die Menschen möglicherweise keinen Zugang zu angemessenen sanitären Einrichtungen und einer Gesundheitshygiene-Infrastruktur haben. In der westlichen Welt sind HCAIs die sechsthäufigste Todesursache. Alles ist anfällig für eine Kontamination durch Mikroben und Viren – Lebensmittel, Geräte, Oberflächen und Wände sowie Textilien sind nur einige Beispiele. Selbst regelmäßige Hygienepläne töten möglicherweise nicht alle auf Oberflächen vorhandenen Mikroben ab. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung ungiftiger Oberflächenbeschichtungen, die das Wachstum von Mikroben verhindern. Im Fall von Covid-19 haben Studien gezeigt, dass das Virus aktiv bleiben kann auf häufig berührten Edelstahl- und Kunststoffoberflächen für bis zu 72 Stunden, was den dringenden Bedarf an Oberflächenbeschichtungen mit antiviralen Eigenschaften verdeutlicht. Antimikrobielle Oberflächen werden seit über einem Jahrzehnt im Gesundheitswesen zur Bekämpfung von MRSA-Ausbrüchen eingesetzt. Zinkoxid – eine weithin erforschte antimikrobielle chemische VerbindungZinkoxid (ZnO) hat starke antimikrobielle und antivirale Eigenschaften. Der Einsatz von ZnO als Wirkstoff in zahlreichen antimikrobiellen und antiviralen Chemikalien wurde in den letzten Jahren intensiv erforscht. Zahlreiche Toxizitätsstudien haben ergeben, dass ZnO für Menschen und Tiere praktisch ungiftig ist, aber die Zellhüllen von Mikroorganismen hochwirksam zerstört. Die mikroorganismustötenden Mechanismen von Zinkoxid können auf einige Eigenschaften zurückgeführt werden. Zn2+-Ionen werden durch teilweise Auflösung von Zinkoxidpartikeln freigesetzt, die die weitere antimikrobielle Aktivität auch in anderen vorhandenen Mikroben stören, sowie durch direkten Kontakt mit Zellwänden und die Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies. Die antimikrobielle Aktivität von Zinkoxid hängt außerdem von der Partikelgröße und -konzentration ab : Kleinere Partikel und höher konzentrierte Lösungen von Zink-Nanopartikeln haben eine erhöhte antimikrobielle Aktivität. Kleinere Zinkoxid-Nanopartikel dringen aufgrund ihrer großen Grenzflächenfläche leichter in die mikrobielle Zellmembran ein. Viele Studien, insbesondere zu Sars-CoV-2, haben eine ähnlich wirksame Wirkung gegen Viren aufgeklärt. Verwendung von RE-dotierten Nano-Zinkoxid- und Polyharnstoffbeschichtungen zur Schaffung von Oberflächen mit überlegenen antimikrobiellen EigenschaftenDas Team von Li, Liu, Yao und Narasimalu hat vorgeschlagen eine Methode zur schnellen Herstellung antimikrobieller Polyharnstoffbeschichtungen durch Einbringen von mit seltenen Erden dotierten Nano-Zinkoxid-Partikeln, die durch Mischen der Nanopartikel mit seltenen Erden entstehen in Salpetersäure. Die ZnO-Nanopartikel wurden mit Cer (Ce), Praseodym (Pr), Lanthan (LA) und Gadolinium (Gd) dotiert. Mit Lanthan dotierte Nano-Zinkoxid-Partikel erwiesen sich als zu 85 % wirksam gegen P. aeruginosa und E. Coli-Bakterienstämme. Diese Nanopartikel bleiben auch nach 25-minütiger UV-Einwirkung noch zu 83 % wirksam bei der Abtötung von Mikroben Licht. Die in der Studie untersuchten dotierten Nano-Zinkoxid-Partikel zeigen möglicherweise eine verbesserte Reaktion auf UV-Licht und thermische Reaktion auf Temperaturänderungen. Bioassays und Oberflächencharakterisierung lieferten außerdem den Nachweis, dass Oberflächen ihre antimikrobielle Wirkung auch nach wiederholter Verwendung beibehalten. Polyharnstoffbeschichtungen weisen außerdem eine hohe Haltbarkeit auf und bergen ein geringeres Risiko, dass sich die Oberfläche ablöst. Die Haltbarkeit der Oberflächen in Verbindung mit den antimikrobiellen Aktivitäten und der Umweltreaktion der Nano-ZnO-Partikel verbessern ihr Potenzial für praktische Anwendungen in einer Vielzahl von Umgebungen und Branchen. Mögliche Verwendungen Diese Forschung zeigt ein enormes Potenzial für die Kontrolle künftiger Ausbrüche und die Eindämmung der Übertragung von HPAIs im Gesundheitswesen. Es besteht auch Potenzial für ihren Einsatz in der Lebensmittelindustrie, um antimikrobielle Verpackungen und Fasern bereitzustellen und so die Qualität und Haltbarkeit von Lebensmitteln in Zukunft zu verbessern. Während diese Forschung noch in den Kinderschuhen steckt, wird sie zweifellos bald aus dem Labor in die kommerzielle Sphäre vordringen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 10.11.2021