Antimikrobielle Polyharnstoffbeschichtungen mit Seltenen Erden

Antimikrobielle Polyharnstoffbeschichtungen mit seltenen Erden dotierten Nano-Zinkoxidpartikeln

Quelle: AZO MATERIALS. Die Covid-19-Pandemie hat den dringenden Bedarf an antiviralen und antimikrobiellen Beschichtungen für Oberflächen im öffentlichen Raum und im Gesundheitswesen deutlich gemacht. Eine im Oktober 2021 in der Fachzeitschrift Microbial Biotechnology veröffentlichte Studie zeigt ein schnelles, mit Nano-Zinkoxid dotiertes Präparat für Polyharnstoffbeschichtungen, das dieses Problem lösen soll. Der Bedarf an hygienischen Oberflächen. Wie zahlreiche Ausbrüche übertragbarer Krankheiten gezeigt haben, sind Oberflächen eine Quelle der Krankheitsübertragung. 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 Biostrukturen und Mikroorganismen bei Kontakt abtöten. Sie hemmen das Wachstum von Mikroorganismen durch die Zerstörung der Zellmembran. Sie verbessern zudem Oberflächeneigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit. Laut dem Europäischen Zentrum für die Prävention und Kontrolle von Krankheiten ziehen sich weltweit jährlich 4 Millionen Menschen (etwa doppelt so viele Einwohner wie New Mexico) eine nosokomial erworbene Infektion zu. Dies führt weltweit zu rund 37.000 Todesfällen, wobei die Situation in Entwicklungsländern, in denen die Menschen möglicherweise keinen Zugang zu angemessenen sanitären Einrichtungen und einer hygienischen Infrastruktur im Gesundheitswesen haben, besonders schlimm ist. In der westlichen Welt sind nosokomial erworbene Infektionen 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 Hygienemaßnahmen töten möglicherweise nicht alle auf Oberflächen vorhandenen Mikroben ab. Daher besteht dringender Bedarf an der Entwicklung ungiftiger Oberflächenbeschichtungen, die mikrobielles Wachstum verhindern. Im Fall von Covid-19 haben Studien gezeigt, dass das Virus auf häufig berührten Edelstahl- und Kunststoffoberflächen bis zu 72 Stunden lang aktiv bleiben kann. Dies verdeutlicht den dringenden Bedarf an Oberflächenbeschichtungen mit antiviralen Eigenschaften. Antimikrobielle Oberflächen werden im Gesundheitswesen seit über einem Jahrzehnt zur Eindämmung von MRSA-Ausbrüchen eingesetzt. Zinkoxid – eine umfassend erforschte antimikrobielle chemische Verbindung. Zinkoxid (ZnO) besitzt wirksame antimikrobielle und antivirale Eigenschaften. Die Verwendung 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 nahezu ungiftig ist, jedoch die Zellhüllen von Mikroorganismen hochwirksam zerstört. Die mikroorganismentötenden Mechanismen von Zinkoxid können auf einige Eigenschaften zurückgeführt werden. Durch die teilweise Auflösung von Zinkoxidpartikeln werden Zn2+-Ionen freigesetzt, die die weitere antimikrobielle Aktivität auch anderer vorhandener 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 kürzlich eine ähnlich wirksame Wirkung gegen Viren aufgezeigt.Verwendung von RE-dotiertem Nano-Zinkoxid und Polyharnstoffbeschichtungen zur Herstellung von Oberflächen mit überlegenen antimikrobiellen EigenschaftenDas Team von Li, Liu, Yao und Narasimalu hat ein Verfahren zur schnellen Herstellung antimikrobieller Polyharnstoffbeschichtungen vorgeschlagen, bei dem mit Seltenen Erden dotierte Nano-Zinkoxidpartikel eingeführt werden, die durch Mischen der Nanopartikel mit Seltenen Erden in Salpetersäure hergestellt werden.Die ZnO-Nanopartikel wurden mit Cer (Ce), Praseodym (Pr), Lanthan (LA) und Gadolinium (Gd) dotiert. Lanthan-dotierte Nano-Zinkoxidpartikel erwiesen sich als 85 % wirksam gegen die Bakterienstämme P. aeruginosa und E. coli.Diese Nanopartikel bleiben auch nach 25-minütiger UV-Licht-Bestrahlung zu 83 % wirksam bei der Abtötung von Mikroben. Die in der Studie untersuchten dotierten Nano-Zinkoxid-Partikel zeigen möglicherweise eine verbesserte UV-Licht- und thermische Reaktion auf Temperaturänderungen. Bioassays und Oberflächencharakterisierung lieferten zudem Belege dafür, dass Oberflächen ihre antimikrobielle Aktivität auch nach wiederholtem Gebrauch behalten. Polyharnstoffbeschichtungen zeichnen sich zudem durch eine hohe Haltbarkeit aus und weisen ein geringeres Risiko des Ablösens auf. Die Haltbarkeit der Oberflächen in Verbindung mit der antimikrobiellen Aktivität und der Umweltreaktion der Nano-ZnO-Partikel verbessert ihr Potenzial für praktische Anwendungen in einer Vielzahl von Umgebungen und Branchen. Potenzielle Anwendungen: Diese Forschung zeigt ein enormes Potenzial für die Eindämmung künftiger Ausbrüche und die Eindämmung der Übertragung von HPAIs im Gesundheitswesen. Auch in der Lebensmittelindustrie besteht Potenzial für den Einsatz in antimikrobiellen Verpackungen und Fasern, um die Qualität und Haltbarkeit von Lebensmitteln zukünftig zu verbessern. Obwohl diese Forschung noch in den Kinderschuhen steckt, wird sie zweifellos bald das Labor verlassen und kommerziell eingesetzt werden.