L'immagine rimane chiara anche attraverso uno spesso strato di rivestimento antimicrobico. Credito:Anish Tuteja, Università del Michigan
Presto potrebbe esserci una nuova arma nella nostra secolare battaglia contro i germi:il primo rivestimento durevole in grado di uccidere rapidamente batteri e virus e continuare a ucciderli per mesi alla volta.
Sviluppato da un team di ingegneri e immunologi dell'Università del Michigan, si è rivelato mortale per SARS-CoV-2 (il virus che causa COVID-19), E. coli, MRSA e una varietà di altri agenti patogeni. Ha ucciso il 99,9% dei microbi anche dopo mesi di ripetute pulizie, abrasioni e altre punizioni su superfici del mondo reale come tastiere, schermi di telefoni cellulari e taglieri imbrattati di pollo.
Il rivestimento potrebbe essere un punto di svolta negli spazi pubblici tradizionalmente carichi di germi come aeroporti e ospedali, secondo Anish Tuteja, professore di scienze dei materiali e ingegneria alla U-M e co-autore corrispondente dell'articolo pubblicato su Matter .
"Non abbiamo mai avuto un buon modo per mantenere pulite le superfici costantemente toccate come i touch screen degli aeroporti", ha affermato. "I detergenti disinfettanti possono uccidere i germi in solo un minuto o due, ma si dissipano rapidamente e lasciano le superfici vulnerabili alla reinfezione. Abbiamo superfici antibatteriche di lunga durata a base di metalli come rame e zinco, ma impiegano ore per uccidere i batteri. Questo rivestimento offre il meglio di entrambi i mondi."
Il rivestimento, che è trasparente e può essere spazzolato o spruzzato, ottiene la sua durata e il suo potere di uccidere i germi combinando ingredienti collaudati in un modo nuovo. Utilizza molecole antimicrobiche derivate dall'olio dell'albero del tè e dall'olio di cannella, entrambi usati da secoli come killer di germi sicuri ed efficaci che agiscono in meno di due minuti. La durabilità del rivestimento deriva dal poliuretano, un sigillante resistente simile a una vernice che viene comunemente utilizzato su superfici come pavimenti e mobili.
"Gli antimicrobici che abbiamo testato sono classificati come 'generalmente considerati sicuri' dalla FDA e alcuni sono stati persino approvati come additivi alimentari", ha affermato Tuteja. "Il poliuretano è un rivestimento sicuro e molto comunemente usato. Ma abbiamo eseguito test di tossicità solo per essere sicuri e abbiamo scoperto che la nostra particolare combinazione di ingredienti è persino più sicura di molti degli antimicrobici odierni".
I risultati dei test di durabilità dello studio suggeriscono che il rivestimento potrebbe continuare a uccidere i germi per sei mesi o più prima che il suo olio inizi ad evaporare e riduca il suo potere disinfettante. Ma anche allora, Tuteja dice che può essere ricaricato strofinandolo con olio fresco; l'olio nuovo viene riassorbito dalla superficie, riavviando il ciclo.
Queste immagini mostrano la carica batterica su una tastiera di computer rivestita e non rivestita, un telefono cellulare e un tagliere con pollo crudo. Credito:Anish Tuteja, Università del Michigan
Tuteja stima che la tecnologia potrebbe essere disponibile in commercio entro un anno; è stato concesso in licenza a Hygratek, una società spin-off che Tuteja ha fondato con l'assistenza di UM Innovation Partnerships.
La sfida chiave era combinare l'olio e il poliuretano in modo tale da consentire alle molecole di olio di svolgere il loro lavoro di distruzione dei germi, impedendo loro di evaporare rapidamente. Il team di ricerca, tra cui il professore associato di scienza dei materiali e ingegneria e ingegneria biomedica Geeta Mehta, un autore corrispondente; e scienze dei materiali e ingegneria Ph.D. gli studenti Abhishek Dhyani e Taylor Repetto, co-primi autori, hanno trovato una possibile soluzione nella reticolazione, un noto processo che utilizza il riscaldamento per collegare i materiali a livello molecolare. Le molecole di olio più piccole si combinano prontamente con le molecole polimeriche reticolanti, formando una matrice stabile.
Ma per uccidere i germi, le molecole di olio devono penetrare nelle loro pareti cellulari, cosa che non possono fare se sono strettamente legate alla matrice. Alla fine, hanno trovato una via di mezzo reticolando parzialmente i materiali, abbastanza per mantenere alcune delle molecole di olio libere per svolgere il loro lavoro, ma mantenendo altre legate strettamente al poliuretano.
"Ci sono stati alcuni tentativi ed errori, ma alla fine abbiamo scoperto che la reticolazione solo di una parte dell'olio faceva ciò di cui avevamo bisogno", ha detto Tuteja. "L'olio libero tende a rimanere con l'olio che è reticolato nella matrice, aiutando il rivestimento a durare più a lungo."
Una volta impostata la ricetta di base, i ricercatori hanno iniziato a trovare una combinazione di principi attivi in grado di uccidere un'ampia varietà di germi che disturbano maggiormente gli esseri umani. Per identificare un campione rappresentativo di microbi, hanno lavorato con gli autori corrispondenti Christiane E. Wobus, professore associato di microbiologia e immunologia, e J. Scott VanEpps, professore associato di medicina d'urgenza, entrambi presso la UM Medical School. Alla fine, hanno trovato un equilibrio preciso di molecole antimicrobiche efficaci, sicure ed economiche.
Tuteja sottolinea che non sono bloccati in una formula specifica; la comprensione da parte del team delle proprietà dei singoli ingredienti consente loro di modificare la formula per applicazioni specifiche o riequilibrare gli agenti antimicrobici per uccidere germi specifici.
"Il nostro obiettivo non è mai solo quello di sviluppare un rivestimento una tantum, ma invece di sviluppare una libreria di proprietà dei materiali sottostanti da cui attingere", ha affermato Tuteja. "Se riusciamo a comprendere queste proprietà, allora possiamo sviluppare rivestimenti per soddisfare le esigenze di applicazioni specifiche."
L'Università del Michigan ha richiesto un brevetto basato su questa tecnologia. + Esplora ulteriormente
