Speciali rivestimenti polimerici possono conferire proprietà funzionali alle superfici, ad esempio un comportamento antivirale. Un team del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell'Università di Kiel ha ora per la prima volta confrontato in modo completo vari rivestimenti biomedici e studiato cosa succede quando interagiscono con la pelle, con le cellule o con i virus.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Materials Interfaces e applicato in un primo progetto industriale con vetro antivirale.
In collaborazione con il Centro medico universitario Schleswig-Holstein di Kiel (UKSH), il Centro di ricerca sulle nanotecnologie egiziano e il National Cancer Institute dell'Università del Cairo, i ricercatori dell'Università di Kiel hanno confrontato in modo completo sei materiali di rivestimento per applicazioni biomediche. Il team ha studiato le prestazioni della biointerfaccia delle superfici del materiale nei confronti di virus respiratori, cellule tumorali e fibroblasti.
“Ad esempio, abbiamo esaminato i punti in cui le proteine chiave, come la proteina spike del coronavirus, si agganciano alle superfici dei materiali e mostrano un comportamento antivirale”, afferma lo scienziato dei materiali Torge Hartig, primo autore dello studio. Per i rivestimenti antivirali contro i coronavirus, il team è stato in grado di dimostrare che tali interazioni possono anche essere calcolate per restringere il numero di potenziali materiali.
Questa indagine dettagliata è possibile solo grazie al metodo con cui il team di Kiel produce i rivestimenti. Per molti anni hanno lavorato alla deposizione chimica in fase vapore (iCVD) avviata presso la cattedra per i materiali multicomponenti del professor Franz Faupel.
"Ciò ci consente di produrre rivestimenti trasparenti e di regolarne lo spessore con elevata precisione tra 10 nanometri e 10 micrometri. La loro superficie è ultra liscia, estremamente uniforme e non presenta difetti fastidiosi", afferma Hartig.
Questo è fondamentale perché molti fattori in genere svolgono un ruolo nel contatto con i rivestimenti. Con i rivestimenti polimerici convenzionali, ad esempio, la topografia superficiale, i processi chimici, i residui di solventi o i difetti dei materiali possono influenzare le interazioni con virus o cellule.
"Con la nostra tecnologia produciamo rivestimenti così puri che tutti gli altri fattori oltre ai processi chimici possono essere esclusi e possiamo analizzare in modo fondamentale le effettive interazioni tra rivestimento e virus o cellule", continua Hartig, che sta scrivendo la sua tesi di dottorato su rivestimenti iCVD biomedici.
Gli scienziati dei materiali possono controllare molto bene il loro processo di produzione e quindi prevedere e definire le proprietà funzionali dei loro rivestimenti in modo mirato, ad esempio per soddisfare gli elevati requisiti degli ambienti biomedici.
"Possiamo rivestire i prodotti per la coltura cellulare in modo tale che le cellule aderiscano meglio e siano più facili da coltivare", afferma il Dr. Stefan Schröder, responsabile delle attività iCVD presso la Cattedra. Poiché il loro metodo non richiede solventi e solo pochi prodotti chimici, è anche significativamente più rispettoso dell'ambiente rispetto ai tradizionali processi di rivestimento chimico umido.
Insieme ad un produttore di finestre della Germania meridionale, gli scienziati dei materiali di Kiel hanno messo in pratica le loro scoperte. "Abbiamo confrontato diversi rivestimenti antivirali e applicato quello migliore al vetro delle finestre", afferma Schröder.
Le grandi facciate in vetro non possono ancora essere rivestite, "ma le piccole superfici esposte a molto contatto, come i display touch negli ospedali e nelle ambulanze, i filtri nelle maschere respiratorie o i registratori di cassa alle casse dei supermercati", dice Schröder, che ha anche scritto il suo dottorato tesi sul processo iCVD.
Un team della presidenza vuole ora applicare la ricerca iCVD degli ultimi anni su scala industriale e sta attualmente preparando uno spin-off. "Il nostro obiettivo è produrre rivestimenti di qualità particolarmente elevata con proprietà personalizzate per la medicina e l'industria", afferma Hartig, che ha aderito "conformemente" all'iniziativa di start-up mentre stava ancora lavorando al suo dottorato. Oltre alle proprietà antivirali, questi rivestimenti possono anche essere idrorepellenti o isolanti, ad esempio, o anche una combinazione di entrambi.
Ulteriori informazioni: Torge Hartig et al, Prestazioni della bio-interfaccia del film sottile polimerico iCVD per fibroblasti, cellule tumorali e virus collegati ai loro gruppi funzionali e studi in silico (Adv. Mater. Interfaces 1/2024), Interfacce di materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/admi.202470002
Fornito dall'Università di Kiel
