Przełomowy materiał dla szpitali. "Klamka sama się dezynfekuje"
Polacy opracowali przełomową technologię. Wyobraź sobie klamkę, która sama się dezynfekuje, ale tylko wtedy, gdy dotknie jej chory człowiek. Albo okno, które bezlitośnie niszczy osiadające na nim wirusy, pozostając bezpiecznym dla ludzkiej skóry. To efekt lat pracy naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Ich nanokompozyt B-STING to prawdziwa rewolucja w walce z drobnoustrojami.
Czy sam budynek szpitala może leczyć? Do tej pory odpowiedź na to pytanie była przecząca. Mury, poręcze czy włączniki światła były jedynie biernym tłem dla medycyny, a często wręcz siedliskiem groźnych patogenów. Krakowski zespół badaczy postanowił to zmienić, tworząc materiał, który działa jak autonomiczna armia. Nie potrzebuje prądu, światła ani obsługi, by bezlitośnie eliminować bakterie, grzyby i wirusy.
Wyniki pracy polskich naukowców opublikowano w prestiżowym magazynie Applied Surface Science.
Inteligentna amunicja do zabijania mikrobów
Dotychczasowe metody walki z drobnoustrojami na powierzchniach miały swoje ograniczenia. Popularne nanocząstki srebra lub złota działają wprawdzie skutecznie, ale wymagają bezpośredniego kontaktu z bakterią, a często szybko tracą swoje właściwości lub zbijają się w większe grupy, marnując swój potencjał. Naukowcy z IFJ PAN podeszli do problemu zupełnie inaczej. Zamiast wysyłać żołnierzy na front, zbudowali inteligentną fabrykę amunicji.
Gdy w celach biobójczych stosujemy na przykład nanocząstki złota lub srebra, muszą one bezpośrednio wejść w oddziaływanie z drobnoustrojami. Nasz materiał to efekt dekady prac nad radykalnie innym podejściem do zagadnienia. Sam nie jest substancją biologicznie czynną. Jest to jednak nanofabryka, produkująca zabójcze dla mikroorganizmów reaktywne formy tlenu, skutecznie przenikające przez błony komórkowe bakterii i grzybów- mówi dr hab. Magdalena Laskowska (IFJ PAN), pierwsza autorka artykułu.
B-STING (Biocidal Silica-Templated Immobilized Nano-Groups) to nanokompozyt o niezwykłej architekturze. Jego podstawą jest krzemionka przypominająca strukturę plastra miodu, pełna cylindrycznych mezoporów o średnicy zaledwie ośmiu nanometrów.
To właśnie w tych mikroskopijnych tunelach ukryto broń: pojedyncze atomy miedzi. Działają one jak jednoatomowe katalizatory. Nie zużywają się, lecz bezustannie przekształcają wodę i tlen z powietrza w reaktywne formy tlenu – substancje zabójcze dla mikroorganizmów.
Co kluczowe, materiał ten nie potrzebuje zewnętrznego zasilania. Nie musi być naświetlany UV ani poddawany ultradźwiękom. Działa nawet w całkowitej ciemności, co daje mu ogromną przewagę nad istniejącymi rozwiązaniami fotokatalitycznymi.
Inteligentny zabójca: atakuje tylko wtedy, gdy musi
Największym przełomem nie jest jednak sama skuteczność biobójcza, ale inteligencja materiału. B-STING nie strzela na oślep. Badania prowadzone we współpracy z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie wykazały coś, co zaskoczyło nawet samych twórców: materiał potrafi rozpoznać zagrożenie. Reaguje on na sygnały chemiczne wysyłane przez drobnoustroje, takie jak spadek pH, obecność związków siarki czy zmiany w dostępności tlenu. Dopiero w odpowiedzi na te bodźce uruchamia produkcję niszczycielskich substancji i dostosowuje ich rodzaj do przeciwnika.
Budowa materiału B-STING. Krzemionkowy szkielet z graniastosłupów (po lewej) zawiera równoległe rurki (środek) pokryte od wewnątrz grupami funkcyjnymi z pojedynczymi atomami miedzi (po prawej). Źródło: IFJ PAN
Ta wybiórczość ma kapitalne znaczenie dla bezpieczeństwa ludzi. Testy na ludzkich fibroblastach potwierdziły, że powłoka jest dla nich nieszkodliwa. Oznacza to, że mamy do czynienia z materiałem, który jest bezwzględny dla patogenów, ale neutralny dla pacjenta czy personelu medycznego.
To rzadkość w świecie środków biobójczych, które zazwyczaj działają drażniąco lub toksycznie również na organizmy wyższe. Mechanizm ten jest tak unikalny, że szczegóły procesu są obecnie chronione procedurą patentową.
Więcej na Spider's Web:
Od szpitalnych okien po implanty przyszłości
Potencjał wdrożeniowy krakowskiego wynalazku jest gigantyczny. Powłoki z B-STING są trwałe mechanicznie (przypominają szkło), odporne na zabrudzenia i – co niezwykle ważne w obecnej sytuacji gospodarczej – tanie w produkcji. Miedź jest znacznie tańsza od srebra czy złota, a dzięki technologii jednoatomowej zużywa się jej śladowe ilości.
Warstwa nanokompozytu jest tak cienka, że po nałożeniu na szybę pozostaje niemal niewidoczna, nie zmieniając jej przejrzystości.
Już teraz można myśleć o pokrywaniu tym materiałem klamek, poręczy, sprzętu medycznego czy ekranów dotykowych w miejscach użyteczności publicznej. Jednak wizja naukowców sięga znacznie dalej. Skoro materiał jest bezpieczny dla ludzkich komórek i nie wymaga regeneracji, w przyszłości może trafić do wnętrza naszego organizmu.
Powłoki na implantach czy wypełnieniach stomatologicznych mogłyby zapobiegać stanom zapalnym, eliminując ryzyko odrzucenia wszczepu czy powikłań pooperacyjnych.
Twórcy z IFJ PAN sugerują nawet, że w odleglejszej perspektywie B-STING mógłby stać się składnikiem nowej generacji leków, działających skuteczniej niż antybiotyki na lekooporne szczepy bakterii. Choć do tego etapu droga jest jeszcze długa, już dzisiaj polska nauka daje nam narzędzie, które może zmienić standardy higieny sanitarnej na całym świecie.
