Ein Alaun und mehrere Forscher des UCF haben mithilfe von Nanotechnologie das Reinigungsmittel entwickelt, das bis zu sieben Tage lang vor sieben Viren schützt.
UCF-Forscher haben ein Desinfektionsmittel auf Nanopartikelbasis entwickelt, das Viren auf einer Oberfläche bis zu sieben Tage lang ununterbrochen abtöten kann – eine Entdeckung, die eine mächtige Waffe gegen sein könnte COVID-19 und andere neu auftretende pathogene Viren.
Die Ergebnisse, von ein multidisziplinäres Team der Virus- und Engineering-Experten der Universität und des Leiters eines Technologieunternehmens in Orlando, wurden diese Woche in . veröffentlicht ACS Nano, eine Zeitschrift der American Chemical Society.
Christina Drake '07PhD, Gründerin von Kismet Technologies, wurde inspiriert, das Desinfektionsmittel zu entwickeln, nachdem sie in den frühen Tagen der Pandemie einen Lebensmittelladen besucht hatte. Dort sah sie, wie ein Arbeiter Desinfektionsmittel auf einen Kühlschrankgriff sprühte und das Spray dann sofort abwischte.
„Anfangs war mein Gedanke, ein schnell wirkendes Desinfektionsmittel zu entwickeln“, sagt sie, „aber wir haben mit Verbrauchern wie Ärzten und Zahnärzten gesprochen, um herauszufinden, was sie wirklich von einem Desinfektionsmittel erwarten. Am wichtigsten war für sie etwas Langlebiges, das auch noch lange nach der Anwendung berührungsempfindliche Bereiche wie Türklinken und Böden desinfiziert.“
Drake arbeitete mit Sudipta Seal, einem UCF-Materialingenieur und Nanowissenschaftsexperten, und Griff Parks, einem Virologen des College of Medicine, der auch stellvertretender Forschungsdekan und Direktor der Burnett School of Biomedical Sciences ist, zusammen. Mit Mitteln der US-amerikanischen National Science Foundation, Kismet Tech und des Florida High Tech Corridor entwickelten die Forscher ein auf Nanopartikeln basierendes Desinfektionsmittel.
Sein Wirkstoff ist eine technisch hergestellte Nanostruktur namens Ceroxid, die für ihre regenerativen antioxidativen Eigenschaften bekannt ist. Die Ceroxid-Nanopartikel werden mit kleinen Mengen Silber modifiziert, um sie wirksamer gegen Krankheitserreger zu machen.
„Es funktioniert sowohl chemisch als auch mechanisch“, sagt Seal, der Nanotechnologie studieren seit mehr als 20 Jahren. „Die Nanopartikel emittieren Elektronen, die das Virus oxidieren und es inaktiv machen. Mechanisch heften sie sich auch an das Virus und zerreißen die Oberfläche, fast wie ein Ballon platzen lassen.“
Die meisten Desinfektionstücher oder -sprays desinfizieren eine Oberfläche innerhalb von drei bis sechs Minuten nach der Anwendung, haben jedoch keine Nachwirkungen. Dies bedeutet, dass Oberflächen wiederholt abgewischt werden müssen, um von einer Reihe von Viren wie COVID-19 sauber zu bleiben. Die Nanopartikel-Formulierung behält ihre Fähigkeit, Mikroben zu inaktivieren, und desinfiziert eine Oberfläche bis zu sieben Tage lang nach einer einzigen Anwendung.
„Das Desinfektionsmittel hat eine enorme antivirale Aktivität gegen sieben verschiedene Viren gezeigt“, sagt Parks, dessen Labor dafür verantwortlich war, die Formulierung gegen „ein Wörterbuch“ von Viren zu testen. „Es zeigte nicht nur antivirale Eigenschaften gegen Coronavirus und Rhinovirus, sondern erwies sich auch gegen eine Vielzahl anderer Viren mit unterschiedlicher Struktur und Komplexität als wirksam. Wir hoffen, dass dieses Desinfektionsmittel mit dieser erstaunlichen Abtötungskapazität auch ein hochwirksames Mittel gegen andere neu auftretende Viren sein wird. “
Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die Lösung insbesondere im Gesundheitswesen große Auswirkungen haben wird und die Rate der im Krankenhaus erworbenen Infektionen wie Methicillin-resistenter Staphylococcus Aureus (MRSA), Pseudomonas aeruginosa und Clostridium difficile – die mehr als einen von 30 betreffen Patienten, die in US-Krankenhäuser eingeliefert wurden.
Und im Gegensatz zu vielen handelsüblichen Desinfektionsmitteln enthält die Formulierung keine schädlichen Chemikalien, was darauf hindeutet, dass sie auf jeder Oberfläche sicher verwendet werden kann. Behördliche Tests auf Reizung von Haut- und Augenzellen, wie von der US-Umweltschutzbehörde gefordert, zeigten keine schädlichen Wirkungen.
„Viele derzeit erhältliche Haushaltsdesinfektionsmittel enthalten Chemikalien, die bei wiederholter Exposition schädlich für den Körper sein können“, sagt Drake. „Unser auf Nanopartikeln basierendes Produkt wird eine hohe Sicherheitsbewertung aufweisen und eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der Gesamtchemikalienbelastung des Menschen spielen.“
Bevor das Produkt auf den Markt kommen kann, sind weitere Untersuchungen erforderlich. Daher wird in der nächsten Phase der Studie untersucht, wie sich das Desinfektionsmittel außerhalb des Labors in realen Anwendungen verhält. In dieser Arbeit wird untersucht, wie das Desinfektionsmittel durch äußere Faktoren wie Temperatur oder Sonnenlicht beeinflusst wird. Das Team ist in Gesprächen mit einem lokalen Krankenhausnetzwerk, um das Produkt in ihren Einrichtungen zu testen.
„Wir untersuchen auch die Entwicklung einer semi-permanenten Film um zu sehen, ob wir einen Krankenhausboden oder Türgriffe beschichten und versiegeln können, Bereiche, in denen Dinge desinfiziert werden müssen, und sogar bei aggressivem und anhaltendem Kontakt“, sagt Drake.
Referenz: „Metal-Mediated Nanoscale Cerium Oxide Inactivates Human Coronavirus and Rhinovirus by Surface Disruption“ von Craig J. Neal, Candace R. Fox, Tamil Selvan Sakthivel, Udit Kumar, Yifei Fu, Christina Drake, Griffith D. Parks und Sudipta Seal, 26. August 2021, ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.1c04142
Seal trat 1997 dem Department of Materials Science and Engineering der UCF bei, das Teil des College of Engineering and Computer Science der UCF ist. Er hat eine Berufung am College of Medicine und ist Mitglied des Biionix-Clusters der UCF, der sich auf die Weiterentwicklung der Medizintechnik für Prothetik. Er ist der ehemalige Direktor des Nanoscience Technology Center und des Advanced Materials Processing Analysis Center der UCF. Er promovierte in Werkstofftechnik mit Nebenfach Biochemie an der University of Wisconsin und war Postdoc am Lawrence Berkeley National Laboratory der University of California Berkeley.
Parks kam 2014 nach 20 Jahren an der Wake Forest School of Medicine, wo er Professor und Vorsitzender der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie war, zur UCF. Er promovierte in Biochemie an der University of Wisconsin und war Fellow der American Cancer Society at Northwestern University.
Die Studie wurde gemeinsam von den Postdoktoranden Candace Fox vom College of Medicine und Craig Neal vom College of Engineering and Computer Science verfasst. Mitautoren waren auch die Doktoranden Tamil Sakthivel, Udit Kumar und Yifei Fu vom College of Engineering and Computer Science.
