Forskare från University of Central Florida har utvecklat ett nanopartikelbaserat desinfektionsmedel som kontinuerligt kan döda virus på en yta i upp till sju dagar – en upptäckt som kan vara ett kraftfullt vapen mot COVID-19 och andra framväxande patogena virus.

Resultaten, av ett tvärvetenskapligt team av universitetets virus- och ingenjörsexperter och ledaren för ett teknologiföretag i Orlando, publicerades denna vecka i ACS Nano , en tidskrift från American Chemical Society.

Christina Drake, en UCF-alumn och grundare av Kismet Technologies, inspirerades att utveckla desinfektionsmedlet efter att ha gjort en resa till mataffären i de första dagarna av pandemin. Där såg hon en arbetare spraya desinfektionsmedel på ett kylskåps handtag, torka sedan av sprayen omedelbart.

"I början var min tanke att utveckla ett snabbverkande desinfektionsmedel, " Hon sa, "men vi pratade med konsumenter – som läkare och tandläkare – för att ta reda på vad de verkligen ville ha av ett desinfektionsmedel. Det som betydde mest för dem var något långvarigt som skulle fortsätta att desinficera ytor med hög beröring som dörrhandtag och golv långt efter applicering. ."

Drake samarbetade med Dr Sudipta Seal, en UCF-materialingenjör och nanovetenskapsexpert, och Dr Griff Parks, en College of Medicine virolog som också är biträdande dekan för forskning och chef för Burnett School of Biomedical Sciences. Med finansiering från National Science Foundation, Kismet Tech och Florida High Tech Corridor, forskarna skapade ett nanopartikelkonstruerat desinfektionsmedel.

Dess aktiva ingrediens är en konstruerad nanostruktur som kallas ceriumoxid, som är känt för sina regenerativa antioxidantegenskaper. Ceriumoxidnanopartiklarna modifieras med små mängder silver för att göra dem mer potenta mot patogener.

"Det fungerar både kemiskt och mekaniskt, " förklarade Seal, en som har studerat nanoteknik i mer än 20 år. "Nanopartiklarna avger elektroner som oxiderar viruset, gör den inaktiv. Mekaniskt, de fäster sig också vid viruset och spränger ytan nästan som att slå en ballong."

De flesta desinficerande våtservetter eller sprayer kommer att desinficera en yta inom tre till sex minuter efter applicering men har inga kvarvarande effekter. Detta innebär att ytor måste torkas av upprepade gånger för att hålla sig rena från ett antal virus som COVID-19. Nanopartikelformuleringen bibehåller sin förmåga att inaktivera mikrober och fortsätter att desinficera en yta i upp till sju dagar efter en enda applicering.

"Desinfektionsmedlet har visat en enorm antiviral aktivitet mot sju olika virus, " förklarade Parks, vars labb ansvarade för att testa formuleringen mot "en ordbok" av virus. "Det visade inte bara antivirala egenskaper mot coronavirus och rhinovirus, men det visade sig också effektivt mot en lång rad andra virus med olika strukturer och komplexitet. Vi är hoppfulla att med detta fantastiska utbud av dödande kapacitet, detta desinfektionsmedel kommer också att vara ett mycket effektivt verktyg mot andra nya framväxande virus. "

Forskarna är övertygade om att lösningen kommer att ha stor inverkan på hälsovårdsmiljöer, särskilt, minska frekvensen av sjukhusinfektioner – såsom Meticillin-resistenta Staphylococcus aureus (MRSA), Pseudomonas aeruginosa och Clostridium difficile – som orsakar infektioner som drabbar mer än en av 30 patienter som tas in på amerikanska sjukhus.

Och till skillnad från många kommersiella desinfektionsmedel, formuleringen innehåller inga skadliga kemikalier, vilket indikerar att det kommer att vara säkert att använda på vilken yta som helst. Regulatoriska tester för irritation på hud- och ögonceller, som krävs av U.S. Environmental Protection Agency, visade inga skadliga effekter.

"Många hushållsdesinfektionsmedel som för närvarande finns tillgängliga innehåller kemikalier som kan vara skadliga för kroppen vid upprepad exponering, " sade Drake. "Vår nanopartikelbaserade produkt kommer att ha en hög säkerhetsklassning kommer att spela en viktig roll för att minska den totala kemikalieexponeringen för människor."

Mer forskning behövs innan produkten kan gå ut på marknaden, vilket är anledningen till att nästa fas av studien kommer att titta på hur desinfektionsmedlet fungerar utanför labbet i verkliga tillämpningar. Det arbetet kommer att titta på hur desinfektionsmedlet påverkas av yttre faktorer som temperatur eller solljus. Teamet för samtal med ett lokalt sjukhusnätverk för att testa produkten i sina lokaler.

"Vi undersöker också att utveckla en semipermanent film för att se om vi kan belägga och täta ett sjukhusgolv eller dörrhandtag, områden där du behöver saker som ska desinficeras och även med aggressiv och ihållande kontakt, " lade Drake till.

Seal gick med i UCF:s institution för materialvetenskap och teknik, som är en del av UCF:s College of Engineering and Computer Science, 1997. Han har en anställning vid College of Medicine och är medlem i UCF:s protetikkluster Biionix. Han är tidigare chef för UCF:s Nanoscience Technology Center och Advanced Materials Processing Analysis Center. Han tog sin doktorsexamen i materialteknik med biämne i biokemi från University of Wisconsin och var postdoktor vid Lawrence Berkeley National Laboratory vid University of California Berkeley.

Parks kom till UCF 2014 efter 20 år på Wake Forest School of Medicine, där han var professor och ordförande för institutionen för mikrobiologi och immunologi. Han tog sin doktorsexamen i biokemi vid University of Wisconsin och var en American Cancer Society Fellow vid Northwestern University.

Studien var medförfattare av postdoktorala forskare Candace Fox, från UCFs College of Medicine och Craig Neal från UCFs College of Engineering and Computer Sciences och doktorander, Tamil Sakthivel, Udit Kumar och Yifei Fu från UCfs College of Engineering and Computer Sciences.