Onderzoekers van de RMIT Universiteit in Australië hebben onlangs een op silicium gebaseerd oppervlaktemateriaal met een nanotextuurstructuur ontwikkeld. Het oppervlak is bedekt met ultrafijne nanopijlers die onzichtbaar zijn voor het blote oog en die fysiek de buitenste omhulling van het virus kunnen doorboren, waardoor het vermogen van het virus om te infecteren aanzienlijk wordt verzwakt. Onderzoekers zeggen dat dit materiaal naar verwachting in de toekomst zal worden gebruikt op oppervlakken die veel worden aangeraakt, zoals schermen van mobiele telefoons, toetsenborden en ziekenhuisdesktops, om het risico op ziekteoverdracht in gedeelde ruimtes te verminderen.
Het rapport wees erop dat mensen in openbare omgevingen zoals kantoren en ziekenhuizen besmet kunnen raken door het inademen van kleine druppeltjes die virusdeeltjes bevatten, of dat ze besmet kunnen raken door contact met besmette oppervlakken zoals deurklinken en werkbladen. Deze nieuwe ontwikkeling op het gebied van de materiaalkunde probeert dit probleem te verlichten met behulp van uiterst kleine "spike-structuren".
Het nieuwe materiaal is gemaakt van silicium, heeft anti-reflecterende eigenschappen en ziet er met het blote oog zwart uit. De sleutel ligt in het grote aantal nanopilaren met extreem scherpe punten die op het oppervlak zijn aangebracht. Deze structuren kunnen het lipide buitenmembraan van de virusdeeltjes doorboren, waardoor het virus "leegloopt" en zijn oorspronkelijke structurele integriteit verliest. Uit onderzoek blijkt dat als het virus eenmaal op deze manier is vernietigd, de besmettelijkheid ervan binnen zes uur vrijwel volledig is geëlimineerd.
Om het effect te verifiëren plaatste het onderzoeksteam druppeltjes van een veel voorkomend ademhalingsvirus, het menselijk para-influenzavirus type 3 (hPIV-3), op twee verschillende siliciumoppervlakken voor vergelijkende experimenten: het ene was een oppervlak met nanotextuur bedekt met miljoenen kleine puntjes, en het andere was een glad en vlak siliciumoppervlak. De onderzoekers gebruikten krachtige microscopen en laboratoriumtestmethoden voor infectiviteit om de interactie tussen het virus en verschillende oppervlaktetexturen te volgen gedurende een observatieperiode van maximaal 6 uur.
Experimentele resultaten tonen aan dat deze micro-spikes als talloze fijne naalden zijn die rechtstreeks het beschermende vetmembraan aan de buitenkant van het virus kunnen doorboren, waardoor de virusdeeltjes instorten en de structurele stabiliteit verliezen. Daarentegen bleven virussen die op gladde oppervlakken achterbleven meestal intact en gevaarlijk, terwijl op zulke stekelige oppervlakken 96% van de infectieuze virussen binnen 6 uur werd vernietigd. Dit toont aan dat dit mechanische ‘nano-spike’-ontwerp ziekteverwekkers effectief kan inactiveren zonder afhankelijk te zijn van giftige chemicaliën.
Door bestaand onderzoek naar nanotextuurmaterialen te combineren, is het onderzoeksteam van mening dat deze technologie theoretisch naar verwachting een vergelijkbare rol zal spelen bij een verscheidenheid aan virussen, waaronder SARS-CoV-2, respiratoir syncytieel virus (RSV), rhinovirus (RV) en het menselijke coronavirus NL63. Er zijn echter geen specifieke tests voor deze virussen één voor één uitgevoerd. Bovendien heeft dit materiaal ook enige effectiviteit getoond bij het remmen van bepaalde bacteriën, wat aangeeft dat het toepassingspotentieel ervan mogelijk niet beperkt is tot antivirale scenario's.
De onderzoekers zijn van mening dat deze prestatie ruimte opent voor de ontwikkeling van nieuwe veiligheidsmaterialen en oppervlaktecoatings, die op grote schaal kunnen worden gebruikt om de hygiënische veiligheid van dagelijkse producten in de toekomst te verbeteren. Samson Mah, de eerste auteur van het artikel, zei dat mensen in de toekomst mogelijk schermen van mobiele telefoons, toetsenborden, ziekenhuisdesktops en andere oppervlakken kunnen zien die bedekt zijn met deze film, waardoor virussen na contact snel kunnen worden gedeactiveerd zonder het gebruik van agressieve chemicaliën. Hij wees er ook op dat de door het team ontwikkelde mal kan worden aangepast aan het roll-to-roll-productieproces, wat betekent dat naar verwachting in de toekomst antivirale plastic films op grote schaal zullen worden geproduceerd met behulp van bestaande fabrieksapparatuur.
Er is echter verdere optimalisatie nodig om van laboratoriumresultaten naar commerciële toepassingen te gaan. De onderzoekers zeiden dat de volgende stap het blijven verbeteren van het nanotextuurontwerp is om de efficiëntie van het materiaal bij het doden van virussen te verbeteren. Mah legde uit dat wanneer de nanopilaren dichter bij elkaar staan, er meer pieken tegelijkertijd op hetzelfde virusdeeltje kunnen inwerken, waardoor de virusschil tot het uiterste wordt uitgerekt, wat het destructieve effect verder versterkt.
Er wordt gemeld dat de onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in "Advanced Science".