Speciella polymerbeläggningar kan ge ytor funktionella egenskaper, till exempel antiviralt beteende. Ett team från Institutionen för materialvetenskap vid Kiel University har nu för första gången utförligt jämfört olika biomedicinska beläggningar och undersökt vad som händer när de interagerar med huden, med celler eller med virus.
Resultaten har publicerats i tidskriften Advanced Materials Interfaces och appliceras i ett första industriprojekt med antiviralt glas.
I samarbete med University Medical Center Schleswig-Holstein i Kiel (UKSH), Nanotechnology Research Center Egypt och National Cancer Institute of Cairo University, har forskare vid Kiel University utförligt jämfört sex beläggningsmaterial för biomedicinska applikationer. Teamet undersökte biogränssnittets prestanda hos materialytorna till luftvägsvirus, cancerceller och fibroblaster.
"Vi tittade till exempel på var nyckelproteiner, som spikproteinet från coronaviruset, dockar på materialytor och visar antiviralt beteende", säger materialforskaren Torge Hartig, första författare till studien. För antivirala beläggningar mot coronavirus kunde teamet visa att sådana interaktioner också kan beräknas för att minska antalet potentiella material.
Denna detaljerade undersökning är endast möjlig på grund av metoden som teamet från Kiel producerar beläggningarna. I många år har de arbetat med den initierade kemiska ångdepositionen (iCVD) vid professor Franz Faupels lärostol för flerkomponentmaterial.
"Detta gör det möjligt för oss att producera transparenta beläggningar och justera deras tjocklek med hög precision mellan 10 nanometer och 10 mikrometer. Deras yta är ultraslät, extremt enhetlig och har inga störande defekter", säger Hartig.
Detta är avgörande eftersom många faktorer vanligtvis spelar en roll vid kontakt med beläggningar. Med konventionella polymerbeläggningar kan till exempel yttopografi, kemiska processer, lösningsmedelsrester eller materialdefekter påverka interaktioner med virus eller celler.
"Med vår teknik producerar vi beläggningar som är så rena att alla andra faktorer förutom kemiska processer kan uteslutas och vi kan i grunden analysera de faktiska interaktionerna mellan beläggningen och virus eller celler", fortsätter Hartig, som doktorerar om biomedicinska iCVD-beläggningar.
Materialforskarna kan kontrollera sin produktionsprocess mycket väl och därmed förutsäga och definiera de funktionella egenskaperna hos sina beläggningar på ett målinriktat sätt – till exempel för att uppfylla de höga kraven i biomedicinska miljöer.
"Vi kan belägga produkter för cellodling på ett sådant sätt att cellerna fäster bättre och är lättare att odla", säger Dr. Stefan Schröder, ledare för iCVD-aktiviteterna vid ordförandeskapet. Eftersom deras metod inte kräver några lösningsmedel och endast få kemikalier, är den också betydligt mer miljövänlig än konventionella våtkemiska beläggningsprocesser.
Tillsammans med en fönstertillverkare från södra Tyskland har materialvetarna från Kiel omsatt sina rön i praktiken. "Vi jämförde flera antivirala beläggningar och applicerade den bästa på fönsterglas", säger Schröder.
Stora glasfasader kan ännu inte beläggas, "men små ytor som utsätts för mycket beröring, som pekskärmar på sjukhus och ambulanser, filter i andningsmasker eller kassaapparater i snabbköpskassor", säger Schröder, som också skrivit sin doktorsavhandling. avhandling om iCVD-processen.
Ett team från ordföranden vill nu tillämpa de senaste årens iCVD-forskning i industriell skala och förbereder för närvarande en spin-off. "Vårt mål är att producera särskilt högkvalitativa beläggningar med skräddarsydda egenskaper för medicin och industri", säger Hartig, som gick med i start-up-initiativet "konformt" samtidigt som han arbetade med sin doktorsexamen. Förutom antivirala egenskaper kan dessa beläggningar också vara vattenavvisande eller isolerande, till exempel – eller till och med en kombination av båda.
Mer information: Torge Hartig et al, iCVD Polymer Thin Film Bio-Interface-prestanda för fibroblaster, cancerceller och virus kopplade till deras funktionella grupper och i silicostudier (Adv. Mater. Interfaces 1/2024), Avancerade materialgränssnitt (2024). DOI:10.1002/admi.202470002
Tillhandahålls av Kiel University
