Antimicrobiële polyureumcoatings met zeldzame aarde-gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes
Bron: AZO MATERIALEN De Covid-19-pandemie heeft de dringende behoefte aan antivirale en antimicrobiële coatings voor oppervlakken in openbare ruimtes en zorgomgevingen aangetoond. Recent onderzoek, gepubliceerd in oktober 2021 in het tijdschrift Microbial Biotechnology, heeft een snelle bereiding met nano-zinkoxide voor polyureumcoatings aangetoond die dit probleem probeert aan te pakken. De behoefte aan hygiënische oppervlakken Zoals aangetoond door meerdere uitbraken van besmettelijke ziekten, zijn oppervlakken een bron van overdracht van ziekteverwekkers. 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 biostructuren en micro-organismen bij contact doden. Ze verhinderen 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 wereldwijd 4 miljoen mensen (ongeveer twee keer de bevolking van New Mexico) per jaar een zorggerelateerde infectie op. Dit leidt tot ongeveer 37.000 sterfgevallen wereldwijd, waarbij de situatie bijzonder 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 grootste doodsoorzaak. Alles is vatbaar voor besmetting door microben en virussen - voedsel, apparatuur, oppervlakken en muren, en textiel zijn slechts enkele voorbeelden. Zelfs regelmatige sanitaire schema's doden mogelijk niet elke microbe die aanwezig is op oppervlakken, dus er is een dringende behoefte aan de ontwikkeling van niet-giftige oppervlaktecoatings die microbiële groei voorkomen. In het geval van Covid-19 hebben studies aangetoond dat het virus tot 72 uur actief kan blijven op veel aangeraakte roestvrijstalen en plastic oppervlakken, wat de dringende behoefte aan oppervlaktecoatings met antivirale eigenschappen aantoont. Antimicrobiële oppervlakken worden al meer dan tien jaar gebruikt in de gezondheidszorg om MRSA-uitbraken te bestrijden. Zinkoxide – een veelgebruikte antimicrobiële chemische verbinding. Zinkoxide (ZnO) heeft krachtige antimicrobiële en antivirale eigenschappen. Het gebruik van ZnO is de afgelopen jaren intensief onderzocht als actief ingrediënt in talloze antimicrobiële en antivirale chemicaliën. Talrijke toxiciteitsstudies hebben aangetoond dat ZnO vrijwel niet giftig is voor mens en dier, maar zeer effectief is in het verstoren van de celwanden van micro-organismen. De micro-organismendodende mechanismen van zinkoxide kunnen worden toegeschreven aan een aantal eigenschappen. Zn2+-ionen komen vrij door gedeeltelijke oplossing van zinkoxidedeeltjes, die 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 zinknanodeeltjes hebben een verhoogde antimicrobiële activiteit. Zinkoxide-nanodeeltjes zijn kleiner en dringen gemakkelijker door in het celmembraan van microben vanwege hun grote contactoppervlak. Veel onderzoeken, met name naar Sars-CoV-2, hebben onlangs een soortgelijke effectieve werking tegen virussen onthuld. Gebruik van opnieuw gedoteerde nano-zinkoxide- en polyureumcoatings om oppervlakken te creëren met superieure antimicrobiële eigenschappen Het team van Li, Liu, Yao en Narasimalu heeft een methode voorgesteld voor het snel bereiden van antimicrobiële polyureumcoatings door het introduceren van met zeldzame aarden gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes die worden gecreëerd door de nanodeeltjes te mengen met zeldzame aarden in salpeterzuur. De ZnO-nanodeeltjes werden gedoteerd met cerium (Ce), praseodymium (Pr), lanthaan (LA) en gadolinium (Gd). Met lanthaan gedoteerde nano-zinkoxidedeeltjes bleken 85% effectief tegen de bacteriestammen P. aeruginosa en E. coli. 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 de studie werden onderzocht, vertonen mogelijk een verbeterde respons op UV-licht en thermische respons op temperatuurveranderingen. Bioassays en oppervlaktekarakterisering leverden ook bewijs dat oppervlakken hun antimicrobiële activiteiten behouden na herhaald gebruik. Polyurea-coatings hebben ook een hoge duurzaamheid met minder risico op afbladderen. De duurzaamheid van de oppervlakken in combinatie met de antimicrobiële activiteiten en de omgevingsrespons van de nano-ZnO-deeltjes zorgen voor verbeteringen in hun potentieel voor praktische toepassingen in diverse omgevingen en industrieën. Mogelijke toepassingen Dit onderzoek toont een enorm potentieel voor de bestrijding van toekomstige uitbraken en het stoppen van de overdracht van HPAI's in de gezondheidszorg. Er is ook potentieel voor hun gebruik in de voedingsindustrie om antimicrobiële verpakkingen en vezels te leveren, waardoor de kwaliteit en houdbaarheid van levensmiddelen in de toekomst worden verbeterd. Hoewel dit onderzoek nog in de kinderschoenen staat, zal het ongetwijfeld binnenkort het laboratorium verlaten en naar de commerciële sfeer verhuizen.
Plaatsingstijd: 4 juli 2022