Det kan snart finnas ett nytt vapen i vår månghundraåriga kamp mot bakterier:den första hållbara beläggningen som snabbt kan döda bakterier och virus och fortsätta att döda dem i månader i taget.

Utvecklad av ett team av ingenjörer och immunologer vid University of Michigan, visade det sig vara dödligt för SARS-CoV-2 (viruset som orsakar covid-19), E. coli, MRSA och en mängd andra patogener. Den dödade 99,9 % av mikroberna även efter månader av upprepad rengöring, nötning och andra bestraffningar på verkliga ytor som tangentbord, mobiltelefonskärmar och skärbrädor med kyckling.

Beläggningen kan vara en game changer i traditionellt bakteriebelastade offentliga utrymmen som flygplatser och sjukhus, enligt Anish Tuteja, professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid U-M och medförfattare till artikeln publicerad i Matter .

"Vi har aldrig haft ett bra sätt att hålla ständigt vidrörda ytor som pekskärmar på flygplatser rena," sa han. "Desinficerande rengöringsmedel kan döda bakterier på bara en minut eller två men de försvinner snabbt och lämnar ytor känsliga för återinfektion. Vi har långvariga antibakteriella ytor baserade på metaller som koppar och zink, men det tar timmar att döda bakterier. Denna beläggning erbjuder det bästa av två världar."

Beläggningen, som är klar och kan borstas eller sprayas på, får sin hållbarhet och bakteriedödande kraft genom att kombinera beprövade ingredienser på ett nytt sätt. Den använder antimikrobiella molekyler som härrör från teträdsolja och kanelolja, båda använts i århundraden som säkra och effektiva bakteriedödare som fungerar på under två minuter. Beläggningens hållbarhet kommer från polyuretan, en seg, lackliknande tätningsmedel som vanligtvis används på ytor som golv och möbler.

"De antimikrobiella ämnen som vi testade är klassificerade som "allmänt betraktade som säkra" av FDA, och vissa har till och med godkänts som livsmedelstillsatser," sa Tuteja. "Polyuretan är en säker och mycket vanlig beläggning. Men vi gjorde toxicitetstester bara för att vara säker, och vi fann att vår speciella kombination av ingredienser är ännu säkrare än många av dagens antimikrobiella medel."

Resultaten av studiens hållbarhetstester tyder på att beläggningen kan fortsätta att döda bakterier i sex månader eller längre innan dess olja börjar avdunsta och minska dess desinficerande effekt. Men även då säger Tuteja att den kan laddas genom att torka av den med färsk olja; den nya oljan återabsorberas av ytan och startar cykeln igen.

Tuteja uppskattar att tekniken kan vara kommersiellt tillgänglig inom ett år; det har licensierats till Hygratek, ett spinoff-företag som Tuteja grundade med hjälp av U-M Innovation Partnerships.

Den viktigaste utmaningen var att kombinera oljan och polyuretan på ett sätt som låter oljemolekylerna göra sitt bakteriedödande arbete samtidigt som de förhindrar dem från att avdunsta snabbt. Forskargruppen – inklusive docent i materialvetenskap och teknik och biomedicinsk teknik Geeta Mehta, en medkorresponderande författare; och materialvetenskap och teknik Ph.D. studenterna Abhishek Dhyani och Taylor Repetto, medförfattare – hittade en möjlig lösning inom tvärbindning, en välkänd process som använder uppvärmning för att länka samman material på molekylär nivå. De mindre oljemolekylerna kombineras lätt med de tvärbindande polymermolekylerna och bildar en stabil matris.

Men för att döda bakterier måste oljemolekylerna penetrera sina cellväggar, vilket de inte kan göra om de är hårt bundna i matrisen. Så småningom fann de en medelväg genom att delvis tvärbinda materialen – tillräckligt för att hålla några av oljemolekylerna fria att utföra sitt arbete, men för att hålla andra hårt bundna till polyuretanen.

"Det fanns en del försök och misstag, men vi fann så småningom att tvärbindning av endast en del av oljan gjorde vad vi behövde," sa Tuteja. "Den fria oljan tenderar att stanna med oljan som är tvärbunden i matrisen, vilket hjälper beläggningen att hålla längre."

När grundreceptet väl var fastställt började forskarna hitta en kombination av aktiva ingredienser som skulle döda en mängd olika bakterier som besvärar människor mest. För att identifiera ett representativt urval av mikrober arbetade de med motsvarande författarna Christiane E. Wobus, en docent i mikrobiologi och immunologi, och J. Scott VanEpps, en docent i akutmedicin, båda vid UM Medical School. Till slut hittade de en exakt balans av antimikrobiella molekyler som var effektiva, säkra och billiga.

Tuteja betonar att de inte är låsta till en specifik formel; Teamets förståelse för individuella ingrediensers egenskaper gör det möjligt för dem att justera formeln för specifika tillämpningar eller balansera om de antimikrobiella medlen för att döda specifika bakterier.

"Det är aldrig vårt mål att bara utveckla en engångsbeläggning, utan istället att utveckla ett bibliotek med underliggande materialegenskaper att dra från," sa Tuteja. "Om vi ​​kan förstå dessa egenskaper kan vi utveckla beläggningar för att möta behoven för specifika applikationer."

University of Michigan har ansökt om ett patent baserat på denna teknik. + Utforska vidare

"Allt avvisande" beläggning kan barnsäkra telefoner, hem