Forskare vid North Carolina State University har framgångsrikt införlivat "fotosensibilisatorer" i en rad polymerer, ger dessa material förmågan att göra bakterier och virus inaktiva med endast omgivande syre och ljus med synlig våglängd. Det nya tillvägagångssättet öppnar dörren till en rad nya produkter som syftar till att minska överföringen av läkemedelsresistenta patogener.

"Överföring av antibiotikaresistenta patogener, inklusive så kallade 'superbugs, utgör ett betydande hot mot folkhälsan, med miljontals medicinska fall som inträffar varje år bara i USA, " säger Reza Ghiladi, docent i kemi vid NC State och medförfattare till en artikel om arbetet. "Många av dessa infektioner orsakas av ytöverförda patogener.

"Vårt mål med detta arbete var att utveckla material som är självsteriliserande, ogiftig och tillräckligt tålig för praktisk användning. Och vi har varit framgångsrika."

"Mycket arbete har gjorts för att utveckla fotosensibiliserande molekyler som använder energin från synligt ljus för att omvandla syre i luften till biocidalt "singlet" syre, som effektivt slår hål på virus och bakterier, " säger Richard Spontak, framstående professor i kemi- och biomolekylär teknik, professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State och medförfattare till artikeln. "Det finns inget motstånd mot detta handlingssätt.

"Dock, Huvuddelen av tidigare arbeten inom detta område har gjorts med substrat – som cellulosa – som inte är praktiska för daglig användning på platser som sjukhus. Vårt arbete här går långt bortom det."

Det nya tillvägagångssättet innefattar att införliva fotosensibilisatorer i hydrofoba, halvkristallina elastomerer, som är vattentäta och mekaniskt motståndskraftiga – samtidigt som de tillåter syre att komma åt fotosensibilisatorerna. Vad mer, fördelningen av fotosensibilisatorer i materialet gör att det kommer att behålla sina antimikrobiella egenskaper även om ytan på materialet är repad eller bortsliten.

"Detta dokument fokuserar på en klass av polymerer, men det är ett grundläggande proof of concept som visar förmågan att placera dessa fotosensibilisatorer i en rad robusta "mjuka" material utan att offra funktionalitet, " säger Spontak. "Detta är toppen av isberget."

Vid laboratorietester, forskarna fann att en fotosensibilisatorinbäddad polymer inaktiverade minst 99,89 procent av fem bakteriestammar – och 99,95 procent av två virus – när de exponerades för ljus i 60 minuter.

"Vi har också visat att vi kan tillverka dessa material med kommersiellt tillgängliga fotosensibilisatorer och polymerer i en relativt enkel process, ", säger Ghiladi. "Detta gör bulktillverkning både lönsam och billigare än tidigare metoder för att skapa fotosensibiliserande material.

"Vi letar för närvarande efter partners för att arbeta med oss ​​på forskning som använder dessa material för att ta itu med patogener av nationell betydelse, som Clostridium difficile, som klassificeras som en "brådskande" risknivå av CDC, och mjältbrand."

"Och samtidigt som vi vill söka tillämpningar i högteknologiska miljöer, såsom sjukhus, vi tror att det finns en enorm potential för att förbättra hälsan i fattiga områden, " säger Spontak. "Om vi ​​kan utveckla självsteriliserande föremål som hjälper till att begränsa spridningen av sjukdomar i områden med begränsade medicinska resurser, vi skulle kunna rädda många liv."

Pappret, "Fotodynamiska polymerer som omfattande anti-infektiösa material:att ligga före ett växande globalt hot, " publiceras i tidskriften ACS tillämpade material och gränssnitt .