Antimicrobiële polyurea-coatings met zeldzame aarde-gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes
bron:AZO MATERIALSDe Covid-19 pandemie heeft de dringende behoefte aangetoond aan antivirale en antimicrobiële coatings voor oppervlakken in openbare ruimtes en gezondheidszorgomgevingen. Recent onderzoek, gepubliceerd in oktober 2021 in het tijdschrift Mbiotic Biotechnology, heeft een snel nano-zinkoxide-gedoteerd preparaat voor polyurea-coatings aangetoond dat dit probleem probeert aan te pakken. De noodzaak van hygiënische oppervlakkenZoals aangetoond door meerdere uitbraken van overdraagbare ziekten, zijn oppervlakken een bron van ziekteverwekkers. overdragen. De dringende behoefte aan snelle, effectieve en niet-giftige chemicaliën en antimicrobiële en antivirale oppervlaktecoatings heeft innovatief onderzoek op het gebied van biotechnologie, industriële chemie en materiaalkunde gestimuleerd. Oppervlaktecoatings met antivirale en antimicrobiële werking kunnen het risico op virale overdracht verminderen en doden biostructuren en micro-organismen bij contact. Ze belemmeren de groei van micro-organismen door verstoring van het celmembraan. Ze verbeteren ook de eigenschappen van het oppervlak, zoals corrosiebestendigheid en duurzaamheid. Volgens het Europees Centrum voor Ziektebestrijding en -preventie lopen jaarlijks wereldwijd vier miljoen mensen (ongeveer tweemaal de bevolking van New Mexico) een gezondheidszorggerelateerde infectie op. Dit leidt wereldwijd tot ongeveer 37.000 sterfgevallen, waarbij de situatie vooral slecht is in ontwikkelingslanden, waar mensen mogelijk geen toegang hebben tot goede sanitaire voorzieningen en infrastructuur voor gezondheidszorghygiëne. In de westerse wereld zijn zorginfecties de zesde doodsoorzaak. Alles is vatbaar voor besmetting door microben en virussen – voedsel, apparatuur, oppervlakken en muren, en textiel zijn slechts enkele voorbeelden. Zelfs reguliere sanitaire voorzieningen doden mogelijk niet alle microben die op oppervlakken aanwezig zijn, dus er is een dringende noodzaak om niet-giftige oppervlaktecoatings te ontwikkelen die de groei van microben voorkomen. In het geval van Covid-19 hebben onderzoeken aangetoond dat het virus actief kan blijven op vaak aangeraakte roestvrijstalen en kunststof oppervlakken gedurende maximaal 72 uur, wat de dringende behoefte aan oppervlaktecoatings met antivirale eigenschappen aantoont. Antimicrobiële oppervlakken worden al meer dan tien jaar in de gezondheidszorg gebruikt om MRSA-uitbraken onder controle te houden.Zinkoxide – een veel onderzochte antimicrobiële chemische verbindingZinkoxide (ZnO) heeft krachtige antimicrobiële en antivirale eigenschappen. Het gebruik van ZnO is de afgelopen jaren intensief onderzocht als actief ingrediënt in talrijke antimicrobiële en antivirale chemicaliën. Uit talrijke toxiciteitsstudies is gebleken dat ZnO vrijwel niet giftig is voor mens en dier, maar zeer effectief is in het verstoren van de cellulaire omhulsels van micro-organismen. De micro-organisme-dodende mechanismen van zinkoxide kunnen aan een aantal eigenschappen worden toegeschreven. Zn2+-ionen komen vrij door gedeeltelijke oplossing van zinkoxidedeeltjes die de verdere antimicrobiële activiteit verstoren, zelfs in andere aanwezige microben, evenals door direct contact met celwanden en de afgifte van reactieve zuurstofsoorten. De antimicrobiële activiteit van zinkoxide is bovendien gekoppeld aan de deeltjesgrootte en concentratie : kleinere deeltjes en oplossingen met een hogere concentratie van zinknanodeeltjes hebben een verhoogde antimicrobiële activiteit. Zinkoxide-nanodeeltjes die kleiner van formaat zijn, dringen gemakkelijker door in het microbiële celmembraan vanwege hun grote grensvlak. Veel onderzoeken, met name naar Sars-CoV-2 recentelijk, hebben een vergelijkbare effectieve werking tegen virussen aan het licht gebracht. Het gebruik van opnieuw gedoteerde nano-zinkoxide- en polyurea-coatings om oppervlakken te creëren met superieure antimicrobiële eigenschappen Het team van Li, Liu, Yao en Narasimalu heeft voorgesteld een methode voor het snel bereiden van antimicrobiële polyureacoatings door het introduceren van met zeldzame aardmetalen gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes die ontstaan door het mengen van de nanodeeltjes met zeldzame aardmetalen in salpeterzuur zuur. De ZnO-nanodeeltjes werden gedoteerd met Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Lanthaan (LA) en Gadolinium (Gd.). Met lanthaan gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes bleken 85% effectief te zijn tegen P. aeruginosa en E Coli-bacteriestammen. Deze nanodeeltjes blijven ook 83% effectief in het doden van microben, zelfs na 25 minuten blootstelling aan UV-licht. De gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes die in het onderzoek zijn onderzocht, kunnen een verbeterde UV-lichtrespons en thermische respons op temperatuurveranderingen vertonen. Bioassays en oppervlaktekarakterisering leverden ook het bewijs dat oppervlakken hun antimicrobiële activiteiten behouden na herhaald gebruik. Polyurea-coatings hebben ook een hoge duurzaamheid met minder risico op loslaten van oppervlakken. De duurzaamheid van de oppervlakken in combinatie met de antimicrobiële activiteiten en de omgevingsreactie van de nano-ZnO-deeltjes zorgen voor verbeteringen in hun potentieel voor praktische toepassingen in een verscheidenheid aan omgevingen en industrieën. Mogelijke toepassingen Dit onderzoek toont een enorm potentieel aan voor de beheersing van toekomstige uitbraken en het stoppen van de overdracht van HPAI's in gezondheidszorgomgevingen. Er is ook potentieel voor het gebruik ervan in de voedingsindustrie om antimicrobiële verpakkingen en vezels te leveren, waardoor de kwaliteit en houdbaarheid van voedingsmiddelen in de toekomst worden verbeterd. Hoewel dit onderzoek nog in de kinderschoenen staat, zal het ongetwijfeld binnenkort het laboratorium verlaten en de commerciële sfeer betreden.
Posttijd: 10 november 2021