I ricercatori sulla nanosicurezza presso l'Harvard T.H. Chan School of Public Health ha sviluppato un nuovo intervento per combattere le malattie infettive disinfettando più efficacemente l'aria intorno a noi, il nostro cibo, le nostre mani, e quant'altro ospita i microbi che ci fanno ammalare. I ricercatori, dal Centro per le nanotecnologie e la nanotossicologia della scuola, sono stati guidati dal Professore Associato di Fisica degli Aerosol Philip Demokritou, direttore del centro, e primo autore Runze Huang, un borsista post-dottorato lì. Hanno usato una piattaforma nano-abilitata sviluppata al centro per creare e fornire minuscoli, aerosol d'acqua senza goccioline contenenti sostanze non tossiche, disinfettanti ispirati alla natura ovunque si desideri. Demokritou ha parlato alla Gazzetta dell'invenzione e della sua applicazione sull'igiene delle mani, che è stato descritto di recente sulla rivista ACS Sustainable Chemistry and Engineering.

GAZETTE:Forniscici una rapida panoramica del problema che stai cercando di risolvere.

DEMOKRITOU:Se torni agli anni '60 e all'invenzione di molti antibiotici, pensavamo di chiudere il capitolo sulle malattie infettive. Certo, 60 anni dopo, ora sappiamo che non è vero. Le malattie infettive stanno ancora emergendo. I microrganismi sono più intelligenti di quanto pensassimo e stanno evolvendo nuovi ceppi. È una battaglia continua. E quando parlo di malattie infettive, Parlo principalmente di malattie trasmesse per via aerea e alimentare:ad esempio, l'influenza e la tubercolosi sono malattie trasmesse per via aerea, problemi respiratori, che causano milioni di morti all'anno. Le malattie di origine alimentare uccidono anche 500 persone, 000 persone all'anno e costano miliardi di dollari alla nostra economia.

GAZETTE:Le malattie diarroiche sono grandi assassini di bambini, pure.

DEMOKRITOU:È un grosso problema, soprattutto nei paesi in via di sviluppo con sistemi sanitari frammentati.

GAZETTE:Cosa c'è di sbagliato nel modo in cui ci igienizziamo le mani?

DEMOKRITOU:Sentiamo sempre dire che devi lavarti le mani. È una misura primaria per ridurre le malattie infettive. Più recentemente, stiamo anche usando antisettici. L'alcol è OK, ma stiamo anche usando altre sostanze chimiche come il triclosan e la clorexadina. C'è una ricerca che collega queste sostanze chimiche all'aumento della resistenza antimicrobica, tra gli altri inconvenienti. Inoltre, alcune persone sono sensibili ai lavaggi frequenti e allo sfregamento con prodotti chimici. È qui che entrano in gioco nuovi approcci. Così, negli ultimi quattro o cinque anni, abbiamo cercato di sviluppare interventi basati sulle nanotecnologie per combattere le malattie infettive.

GAZETTE:Quindi la tecnologia coinvolta qui - le nanostrutture d'acqua ingegnerizzate - ha un paio di anni. Cosa c'è di nuovo è l'applicazione?

DEMOKRITOU:Abbiamo gli strumenti per realizzare questi nanomateriali ingegnerizzati e, in questo caso particolare, possiamo prendere l'acqua e trasformarla in una nanoparticella d'acqua ingegnerizzata, che porta il suo carico mortale, principalmente non tossico, antimicrobici ispirati alla natura, e uccide i microrganismi sulle superfici e nell'aria.

È abbastanza semplice, hai bisogno di 12 volt DC, e lo combiniamo con l'elettrospray e la ionizzazione per trasformare l'acqua in un nanoaerosol, in cui queste nanostrutture ingegnerizzate sono sospese nell'aria. Queste nanoparticelle d'acqua hanno proprietà uniche a causa delle loro piccole dimensioni e contengono anche specie reattive dell'ossigeno. Questi sono radicali idrossili, perossidi, e sono simili a quelli che la natura usa nelle cellule per uccidere i patogeni. Queste nanoparticelle, per disegno, portano anche una carica elettrica, che aumenta l'energia superficiale e riduce l'evaporazione. Ciò significa che queste nanostrutture ingegnerizzate possono rimanere sospese nell'aria per ore. Quando la carica si dissipa, diventano vapore acqueo e scompaiono.

Molto recentemente, abbiamo iniziato ad utilizzare queste strutture come vettore, e ora possiamo incorporare gli antimicrobici ispirati alla natura nella loro struttura chimica. Questi non sono super tossici per l'uomo. Ad esempio, mia nonna in Grecia disinfettava le sue superfici con succo di limone, acido citrico. O, nel latte, e si trova anche nelle lacrime, c'è un altro potente antimicrobico chiamato lisozima. La nisina è un altro antimicrobico ispirato alla natura che i batteri rilasciano quando sono in competizione con altri batteri. La natura ci fornisce una tonnellata di antimicrobici non tossici che, se riusciamo a trovare un modo per consegnarli in modo mirato, modo preciso, può fare il lavoro. Non c'è bisogno di inventare sostanze chimiche nuove e potenzialmente tossiche. Andiamo alla farmacia della natura e facciamo la spesa.

Quando mettiamo questi antimicrobici ispirati alla natura nelle nanostrutture dell'acqua ingegnerizzate, la loro potenza antimicrobica aumenta drammaticamente. Ma lo facciamo senza usare enormi quantità di antimicrobici, circa l'1% o il 2% in volume. La maggior parte della nanostruttura dell'acqua ingegnerizzata è ancora acqua.

A questo punto, queste strutture ingegnerizzate trasportano antimicrobici e sono cariche, e possiamo usare la carica per dirigerli verso le superfici applicando un debole campo elettrico. Puoi anche rilasciarli nell'aria - sono altamente mobili - e possono muoversi e inattivare il virus dell'influenza, Per esempio.

GAZETTE:Come funzionerebbe con il cibo?

DEMOKRITOU:Questa piattaforma nano-abilitata può essere utilizzata anche come tecnologia di intervento per applicazioni di sicurezza alimentare. Quando si tratta di disinfettare il nostro cibo, stiamo ancora usando approcci arcaici sviluppati negli anni '50. Ad esempio, oggi mettiamo i nostri prodotti freschi in soluzioni a base di cloro, che lasciano residui che possono compromettere la salute. Lascia sottoprodotti, che sono tossici, e devi anche trovare un modo per affrontarli.

Anziché, puoi usare i nanoaerosol d'acqua che contengono livelli di nanogrammi di un ingrediente attivo, ispirato alla natura e non tossico, e disinfettare il nostro cibo. Attualmente, questa nuova invenzione viene esplorata per l'uso, dalla fattoria alla forchetta, per migliorare la sicurezza e la qualità degli alimenti.

GAZETTE:Quindi quando lo usi sul cibo, essenzialmente spruzzeresti le nanoparticelle su un cespo di lattuga, Per esempio?

DEMOKRITOU:Dipende dall'applicazione. Puoi mettere questa tecnologia nel tuo frigorifero, e ucciderà i microbi sulle superfici degli alimenti e nell'aria e migliorerà la sicurezza alimentare. Aumenterà anche la durata di conservazione, che è legato ai microrganismi di deterioramento. È inoltre possibile utilizzare questa tecnologia per la disinfezione dell'aria. L'unica cosa di cui hai bisogno è 12 volt CC, che puoi alimentare dalla porta USB del tuo computer. Immagina di essere seduto su un treno e di generare uno scudo invisibile di queste nanostrutture d'acqua ingegnerizzate che ti protegge e riduce al minimo il rischio di contrarre l'influenza.

GAZETTE:Se sei in treno con un mucchio di malati?

DEMOKRITOU:Esatto, o in aereo, ovunque ci siano microrganismi. La maggior parte degli aerei fa ricircolare l'aria, e tutto ciò che serve è un ragazzo malato - non deve essere seduto accanto a te - per ammalarsi. Sfortunatamente, questo è un grosso problema. I nuovi aeroplani hanno la filtrazione per rimuovere alcuni di questi agenti patogeni. Ma questa è una tecnologia molto versatile che puoi praticamente portare con te.

GAZZETTA:Parliamo di igiene delle mani.

DEMOKRITOU:Sappiamo che l'igiene delle mani è molto importante, ma oltre agli inconvenienti del lavaggio con acqua o con l'utilizzo di prodotti chimici, gli essiccatori d'aria comunemente usati nell'ambiente del bagno possono aerosolizzare i microbi e rimetterli nell'aria e persino sulle mani. Quindi c'è spazio per utilizzare queste nanostrutture d'acqua ingegnerizzate e sviluppare un'alternativa che sia senz'aria e senz'acqua, perché utilizza livelli di acqua al picogrammo, le tue mani non si bagneranno mai.

GAZZETTA:Quindi ti stai lavando le mani, usando l'acqua. Ma non si bagnano?

DEMOKRITOU:Esatto. E disinfetta le mani in 15-20 secondi, come indicato nel nostro studio pubblicato di recente.

GAZETTE:Per quanto riguarda una domanda, vedi qualcosa di simile agli asciugamani che usiamo tutti alle aree di servizio autostradali? Soltanto, quando metti le mani dentro, non soffia? Senti proprio niente?

DEMOKRITOU:Non senti niente. Questo è il problema; questo è come per magia. Non vedi; non ti senti; non senti odore; ma le tue mani sono igienizzate.

GAZETTE:Quindi come fanno le persone a sapere che è successo qualcosa? Come esseri umani vogliamo una sorta di stimolazione.

DEMOKRITOU:Potremmo mettere una luce e una musica per intrattenere le persone, ma nessuno può vedere una particella di 25 nanometri. Siamo entusiasti di vedere che c'è interesse da parte dell'industria a perseguire la commercializzazione di questa tecnologia per l'igiene delle mani. Potremmo presto avere un airless, apparecchi senz'acqua che possono essere utilizzati su tutta la linea, anche se non necessariamente nell'ambiente bagno. Questo può essere un dispositivo a batteria, può essere posizionato intorno agli aeroporti e in altri luoghi dove le persone non hanno tempo o accesso all'acqua per lavarsi le mani.

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.