Die 'unsichtbaren' Zellulosebeschichtungen, die die Oberflächenübertragung von Pathogenen verringern.

17. Mai 2023

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von der University of Birmingham

Forschungen haben gezeigt, dass eine dünne Zellulosefolie das SARS-CoV-2-Virus innerhalb von Minuten inaktivieren, das Wachstum von Bakterien einschließlich E. coli hemmen und den Kontakttransfer von Pathogenen abmildern kann.

Die Beschichtung besteht aus einer dünnen Zellulosefaserfolie, die für das bloße Auge unsichtbar ist und unter trockenen Bedingungen abriebfest ist, was sie für den Einsatz auf stark frequentierten Gegenständen wie Türgriffen und Handläufen geeignet macht.

Die Beschichtung wurde von wissenschaftlichen Teams der University of Birmingham, der Cambridge University und FiberLean Technologies entwickelt, die an einem Projekt arbeiteten, um Behandlungen für Glas-, Metall- oder Laminatoberflächen zu formulieren, die einen lang anhaltenden Schutz gegen das COVID-19-Virus bieten würden.

Während konventionelle chemische Desinfektionsmittel und antivirale Oberflächendesigns entweder auf die Strukturproteine oder Nukleinsäuren abzielen, konzentrierten sich die Forscher, angeführt von Professor Zhenyu Jason Zhang von der School of Chemical Engineering der Birminghamer Universität, darauf, die Atemtröpfchen, die die Viren enthalten, durch die kapillare Kraft aus der porösen Struktur auszutrocknen.

Das COVID-19-Virus bleibt auf Oberflächen wie Kunststoff und Edelstahl mehrere Tage aktiv, aber nur wenige Stunden auf Zeitungspapier. Das Team, das Expertise in Oberflächenchemie und Formulierungstechnik hat, untersuchte die Struktur und Leistung einer Beschichtung aus Mikrofibrillierter Zellulose (MFC), die von FiberLean Technologies bereitgestellt wurde, dem führenden globalen Produzenten von MFC für die Papier- und Verpackungsindustrie.

Die Forscher stellten fest, dass die poröse Natur der Folie eine bedeutende Rolle spielt: Sie beschleunigt die Verdunstungsrate von Flüssigkeitstropfen und führt eine unausgeglichene osmotische Druckübertragung über die Bakterienmembran ein.

Dann testeten sie, ob die Beschichtung die Oberflächentransmission von SARS-CoV-2 hemmen konnte. Hierbei wurde eine dreifache Reduktion der Infektiosität festgestellt, wenn Tropfen, die das Virus enthielten, für 5 Minuten auf der Beschichtung belassen wurden, und nach 10 Minuten sank die Infektiosität auf Null.

Im Gegensatz dazu blieb die anfängliche Infektiosität, als Tropfen, die SARS-CoV-2 enthielten, auf einer Glasoberfläche belassen wurden, auch nach 10 Minuten noch erhalten. Die antimikrobiellen Tests wurden mit Tropfen, die Bakterien (E. coli und S. epidermidis) enthielten, wiederholt, und hier sahen die Forscher auch bei 1 Stunde und 24 Stunden erhebliche Reduktionen der Infektiosität.

Die Experimente wurden mit aerosolisiertem künstlichem Speichel wiederholt, und hier deutete die Analyse darauf hin, dass die Zellulose-Dünnschicht auch wirksam ist, um die Kontaktübertragung von Atemwegstropfen zu unterdrücken.

Professor Zhang kommentierte: "Das Risiko der Oberflächentransmission im Gegensatz zur Aerosoltransmission ergibt sich aus großen Tropfen, die infektiös bleiben, wenn sie auf harten Oberflächen landen, wo sie durch Berührung übertragen werden können. Diese Oberflächenbeschichtungstechnologie verwendet nachhaltige Materialien und könnte möglicherweise zusammen mit anderen antimikrobiellen Wirkstoffen eingesetzt werden, um eine lang anhaltende und langsam wirkende antimikrobielle Wirkung zu erzielen."

Die Forscher bestätigten die Stabilität der Beschichtung durch mechanische Kratztests, bei denen die Beschichtung bei Trockenheit keine auffälligen Schäden aufwies, aber bei Befeuchtung leicht von der Oberfläche entfernt werden konnte, was sie praktisch und für die tägliche Reinigung und Desinfektionspraxis geeignet macht.

Das Papier wurde in der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.

Weitere Informationen: Shaojun Qi et al, Porous Cellulose Thin Films as Sustainable and Effective Antimicrobial Surface Coatings, ACS Applied Materials & Interfaces (2023). DOI: 10.1021/acsami.2c23251

Zeitschrifteninformationen: ACS Applied Materials and Interfaces

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