Onderzoekers hebben een siliciumoppervlak ontwikkeld dat bedekt is met pieken op nanoschaal die effectief een veelvoorkomend virus kunnen doorboren en vernietigen dat luchtwegaandoeningen veroorzaakt, vooral bij zuigelingen en jonge kinderen, met een efficiëntie tot 96%. Deze technologie kan worden gebruikt om onderzoekers, medisch personeel en patiënten te beschermen tegen de verspreiding van het virus.

Van de vier stammen van het menselijk para-influenzavirus (HPIV) is HPIV-3 de meest virulente en kan bij zuigelingen en jonge kinderen bronchitis, tracheitis of longontsteking veroorzaken. Seizoensgebonden uitbraken van HPIV-3-infectie komen elk jaar voor en het virus wordt verspreid via de lucht of via direct of indirect contact met besmette oppervlakken.

Er zijn momenteel geen vaccins of antivirale medicijnen om HPIV-3-infectie te voorkomen of te behandelen, dus het handhaven van de algemene hygiëne en oppervlaktehygiëne wordt een topprioriteit. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Rovira e Vergeli (URV) in Spanje en het Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT University) in Australië samengewerkt om een ​​verrijkt siliciumoppervlak te ontwikkelen met verrassende virusdodende eigenschappen.

Geïnspireerd door libellenvleugels hebben onderzoekers van de RMIT Universiteit de werkzaamheid aangetoond van het "mechanisch steriliseren" van titanium-spikes op nanoschaal om antibiotica-superbacteriën op hun oppervlak te doden. Op dezelfde manier was Pauling bekend met insecten met antibacteriële vleugels. "Insecten zoals libellen of krekels hebben vleugels met nanostructuren die bacteriën en schimmels kunnen doorboren", zei hij.

Maar virussen zijn anders. Ze zijn kleiner dan bacteriën, dus de nanonagels waarmee ze worden gedood, moeten ook kleiner zijn. Hoewel de antivirale eigenschappen van zware metalen en hun derivaten intensief zijn bestudeerd, wordt aangenomen dat virussen worden geïnactiveerd door de afgifte van metaalionen en de vorming van reactieve zuurstofsoorten die membranen en eiwitten beschadigen. Daarom kozen de onderzoekers er in het huidige onderzoek voor om met boor gedoteerde siliciumwafels te gebruiken.

Vladimir Paulin, een van de corresponderende auteurs van de studie, zei: "In dit geval hebben we silicium gebruikt omdat het technisch gezien minder complex is dan andere metalen."

Om de scherpe oppervlakken te creëren, gebruikten ze plasma-reactief ionenetsen, een proces waarbij een chemisch reactief plasma wordt gebruikt om materiaal dat op de wafer is afgezet te verwijderen, waardoor de onderzoekers de hoogte en afstand van de pieken op nanoschaal konden verfijnen. Het resulterende oppervlak is bedekt met 2 nanometer dikke punten (30.000 daarvan zouden in een mensenhaar passen) en is slechts 290 nanometer hoog. De diameter van HPIV-3-virale deeltjes varieert van 100 nanometer tot 420 nanometer.

Oppervlakken geïncubeerd met HPIV-3 gedurende 1, 3 en 6 uur werden onderzocht onder een scanning-elektronenmicroscoop (SEM), waaruit bleek dat de virusdeeltjes hun gebruikelijke vorm behielden na 6 uur incubatie op siliciumoppervlakken zonder toegevoegde pieken. Op het puntige oppervlak werd echter de vorm van de HPIV-3-deeltjes beïnvloed; na 1 en 3 uur incubatie drongen de scherpe punten van de punten de deeltjes binnen en vervormden ze. Na zes uur lopen de pellets leeg. Op elk tijdstip was er een significante afname van infectieuze virusdeeltjes op het siliconenoppervlak van de nanonagel: 74% na één uur, 85% na drie uur en 96% na zes uur.

Toen ze op bacteriën werden getest, ontdekten de onderzoekers dat de nanospikes ook voor hen dodelijk waren. Ze waren in staat cellen te vernietigen van twee veel voorkomende bacteriën die geassocieerd worden met ziekenhuisinfecties, Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus aureus ("Staphylococcus aureus"), hoewel niet zo effectief als HPIV-3. Na 18 uur incubatie bleek het aandeel niet-levensvatbare Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus aureus respectievelijk 15% en 25% te bedragen.

De bevindingen tonen de effectiviteit aan van het gebruik van silicium nanonagels als virusdodende middelen. De onderzoekers verwachten dat deze technologie zal worden gebruikt in laboratoria en medische centra waar potentieel gevaarlijke biologische materialen worden opgeslagen, waardoor deze omgevingen veiliger worden voor onderzoekers, medisch personeel en patiënten.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift ACSNano.