Mentre fai la colla intelligente, un team di ingegneri ha scoperto un pratico sottoprodotto:il perossido di idrogeno. In forma di microgel, riduce la capacità di batteri e virus di infettare di almeno il 99 percento.

Il progetto di dottorato di Hao Meng si è concentrato sui test di biocompatibilità e sull'estrazione di un amminoacido appiccicoso dalle cozze. Il catecolo simile alla colla è promettente per gli adesivi intelligenti:una piccola scossa di elettricità può attivare e disattivare l'appiccicosità, ma non è il suo unico potenziale utilizzo.

"Nel processo, Meng ha scoperto che la reazione chimica ha generato perossido di idrogeno come sottoprodotto dell'ossidazione, "dice Bruce Lee, professore associato di ingegneria biomedica e dottorato di ricerca di Meng. consulente presso la Michigan Technological University. "Ha iniziato a pensare, e se potessimo usare il perossido di idrogeno?"

La risposta è si, e la tecnologia che lo rende portatile, disinfettante curativo possibile è oggetto di un nuovo articolo pubblicato su Acta Biomaterialia . Il lavoro ha riunito un team interdisciplinare di ingegneri per esplorare non solo lo sviluppo tecnologico ma anche le proprietà fisiche e biologiche del materiale.

I coautori includono Caryn Heldt, James e Lorna Mack Chair in Bioingegneria in ingegneria chimica, e Megan Frost, presidente ad interim del Dipartimento di Kinesiologia e Fisiologia Integrativa, nonché professore associato di ingegneria biomedica e professore associato affiliato di scienza e ingegneria dei materiali.

Proprio come Jello

Dopo che Meng osservò per la prima volta che le sue reazioni creavano perossido di idrogeno, ha iniziato a considerare la forma migliore in cui inserire il sottoprodotto. Voleva molta superficie per alimentare la reazione chimica e voleva un modo per riutilizzare il materiale. Così, il team ha realizzato un microgel.

"Il gel è proprio come la gelatina, " Dice Lee. "È una rete polimerica con molta acqua al suo interno. E proprio come la gelatina, iniziamo con un liquido e lo solidifichiamo in una forma."

I microgel sono come piccole bolle di gelatina. Ad occhio nudo, la forma secca è una polvere anonima. Sospendere in una soluzione a pH neutro o leggermente alcalino, come acqua distillata o una soluzione salina come detergente per lenti a contatto, e il ciclo del perossido di idrogeno si avvia. Lasciato a se stesso, i microgel di dimensioni micron hanno generato da uno a cinque millimolari in quattro giorni. Una volta che la polvere di microgel si è asciugata di nuovo, il materiale sostanzialmente si ripristina, siede al sicuro contenuto in una piccola borsa, e può essere riutilizzato. È come un flacone di disinfettante su richiesta, senza il flacone ingombrante e i pericolosi problemi di conservazione.

Antimicrobico e antivirale

L'ispirazione per quell'iconica bottiglia marrone nell'armadietto dei medicinali non è iniziata in un laboratorio; il corpo produce naturalmente perossido di idrogeno per aiutare a guarire i tagli e la sostanza è stata ampiamente utilizzata in medicina per uccidere batteri e persino virus. Poiché la polvere di microgel continua a creare e rilasciare perossido di idrogeno, la sua potenza rimane alta, soprattutto rispetto alla tecnica del batuffolo di cotone della vecchia scuola.

Il team ha studiato gli effetti del microgel su due ceppi batterici comuni e due virus strutturalmente diversi. Ciò include lo Staphylococcus epidermidis a parete sottile e gram-positivo, così come il più impenetrabile e gram-negativo Escherichia coli (E. coli). Hanno anche esaminato il parovirus suino senza involucro (PPV) estremamente resistente e il virus della diarrea virale bovina con involucro (BVDV) più facile da inattivare. A causa dell'involucro proteico duro intorno al PPV, che rende questo e altri virus senza involucro più resistenti ai biocidi, il team è rimasto piacevolmente sorpreso nel vedere che il microgel riduceva ancora la capacità del virus di infettare le cellule del 99,9 percento. (In termini tecnici, questo è un valore di riduzione di tre log dell'infettività.) Con BVDV, hanno osservato una riduzione del 99,999 per cento dell'infettività.

Dal campeggio ai campi di battaglia

Le possibilità sono quasi infinite. Ovunque possa andare una piccola borsa, così potrebbe questa tecnologia. Che si tratti di un viaggio in backcountry, stazioni spaziali, cliniche remote o zone di guerra, un po' di guarigione per prevenire l'infezione può fare molto. Mentre Lee e il suo team affermano che la tecnologia non è ancora pronta per Amazon Prime, sperano che il lavoro dimostri la promessa per una varietà di applicazioni, forse anche con resistenza agli antibiotici.

"Non abbiamo ancora testato alcun ceppo batterico resistente agli antibiotici, ma più possiamo allontanarci dall'uso di antibiotici in primo luogo, meglio è, " Lee dice. "C'è ancora molto lavoro da fare. Vogliamo dimostrare in quali condizioni promuove la guarigione e come una cellula risponde ad essa. Il perossido di idrogeno ad alte concentrazioni può anche uccidere le cellule, quindi dobbiamo avere un equilibrio che cambia per i diversi tipi di cellule".

Lee ha recentemente ricevuto finanziamenti dall'Ufficio del Dipartimento della Difesa dell'Assistente Segretario della Difesa per la Salute attraverso il Programma di ricerca e sviluppo medico della difesa per continuare questa linea di ricerca. Ciò che è iniziato con i rifiuti di una proteina appiccicosa sarà raffinato in un peso leggero, polvere microgel portatile e riciclabile con abbastanza grinta per combattere anche le infezioni batteriche e virali più ostinate.