Vi har fått ett nytt vapen i kampen mot skadliga och ofta antibiotikaresistenta patogener med utvecklingen av ett unikt material konstruerat för att begränsa sjukdomsspridning och ersätta nuvarande besvärliga rengöringsprotokoll på ytor med hög beröring som dörrhandtag och ledstänger.
Med hjälp av den kanadensiska ljuskällan (CLS) vid University of Saskatchewan (USask) har forskare från University of Windsor (UWindsor) utvecklat och testat en förening av joniska (saltbaserade) vätskor och kopparnanopartiklar som kan belägga ytor och ge groddar -fritt skydd som varar mycket längre än konventionell blekmedelsbaserad rengöring. För Dr. Abhinandan (Ronnie) Banerjee är kompositmaterialet vida överlägset "någon med blekmedel och en trasa som försöker hålla ytorna sanerade."
Tidigt under covid-19-pandemin satte Banerjee och kollegor i UWindsors Trant Team – en forskargrupp fokuserad på syntetiska bioorganiska material – sina sikte på att förbättra desinfektionsprotokollen, som vid den tiden ofta innebar frekvent applicering av föreningar som blekmedel.
"Problemet med konventionella desinficeringstekniker är att det inte är en en-och-gjort sak", sa de. "Det kräver en dedikerad anställd eller automatisering" för att hålla ytor bakteriefria. Dessutom kan frekvent avtorkning av en yta etsa det underliggande materialet, vilket skapar ännu fler möjligheter för patogener att samlas.
Teamet kom fram till ett material som drar fördel av koppars naturliga bakteriedödande egenskaper. Nu formulerar de en ny kombination av material som kommer att vara lätta att applicera på ytor och hållbara. Banerjee förklarade att kopparnanopartiklar attraheras elektrostatiskt till cellväggarna hos patogener, "som de försvagar och bryter ner, vilket i huvudsak orsakar bakteriell förintelse."
Gruppens resultat publiceras i tidskriften RSC Sustainability under den kreativa titeln "Lethal Weapon IL (Ionic Liquid)." Ett nyligen tilldelat provisoriskt patent ger Banerjee och deras team tid att hitta en industriell sponsor för att hjälpa till med den eventuella kommersialiseringen av det mikrobiella beläggningsmaterialet.
Sima Dehghandokht, en UWindsor Ph.D. student som tog med sig sin matmikrobiologiska expertis till Trant-gruppen för två år sedan, sa att materialets potentiella tillämpningar går utöver dörrhandtag, räcken och hissknappar, till att inkludera sjukhus, växthus, anläggningar för jordbruks-livsmedelsproduktion och till och med vetenskapliga laboratorier "där vi handlar med patogener och skadliga bakterier hela tiden. Detta kan göra forskarnas liv enklare."
Det är viktigt, tillade hon, att överväga de skadliga miljöeffekterna av antimikrobiella medel som blekmedel, eftersom de behöver upprepade appliceringar och sedan produktavfall.
Båda forskarna erkänner att det fortfarande finns frågor att besvara om det kopparbaserade materialet. Att bestämma exakt hur länge beläggningen förblir effektiv är ett viktigt nästa steg, liksom att utforska de antimikrobiella effekterna av andra nanopartiklar som zink och järn, som båda är "bokstavligen smutsbilliga", sa Banerjee.
"Vi måste titta på hur förändringar av nanopartiklarnas egenskaper kan ha en effekt på att förlänga beläggningens antimikrobiella livslängd men också kanske döda mer aggressiva bakterier som inte lätt dödas av en enkel gnuggning med blekmedel."
"Vi måste också kontrollera föreningens toxicitet", sade Dahghandokht, för att avgöra om kontakt med materialet kan orsaka en allergisk reaktion. Lyckligtvis har Trant-teamet tillgång till en 3D-bioskrivare som kan replikera mänskliga hudcellinjer för ytterligare testning.
Banerjee och Dahghandokht är överens om att ha tillgång till CLS-teknik är, och förblir, avgörande för utvecklingen av deras antimikrobiella beläggning.
"Vi kunde inte ha gjort det här arbetet utan det högintensiva ljuset från CLS," sa Banerjee. "Vi kunde se vad som händer med kopparnanopartiklarna över tiden och hur de släppte en nyttolast som är giftig för bakterier. Det (CLS) har varit en integrerad del av denna forskning."
Mer information: Abhinandan Banerjee et al, Lethal weapon IL:ett nano-koppar/tetraalkylfosfoniumjoniskt flytande kompositmaterial med potent antibakteriell aktivitet, RSC Sustainability (2023). DOI:10.1039/D3SU00203A
Journalinformation: RSC Hållbarhet
Tillhandahålls av Canadian Light Source
