Forscher der RMIT University in Australien haben kürzlich ein Oberflächenmaterial auf Siliziumbasis mit einer nanotexturierten Struktur entwickelt. Die Oberfläche ist mit ultrafeinen Nanosäulen-Spikes bedeckt, die für das bloße Auge unsichtbar sind und die äußere Hülle des Virus physisch durchdringen können, wodurch die Infektionsfähigkeit des Virus erheblich geschwächt wird. Forscher gehen davon aus, dass dieses Material in Zukunft auf stark berührungsempfindlichen Oberflächen wie Mobiltelefonbildschirmen, Tastaturen und Krankenhaus-Desktops verwendet werden soll, um das Risiko der Krankheitsübertragung in Gemeinschaftsräumen zu verringern.
In dem Bericht wurde darauf hingewiesen, dass sich Menschen in öffentlichen Bereichen wie Büros und Krankenhäusern möglicherweise durch das Einatmen winziger Tröpfchen mit Viruspartikeln oder durch Kontakt mit kontaminierten Oberflächen wie Türgriffen und Arbeitsplatten infizieren. Diese neue Entwicklung auf dem Gebiet der Materialwissenschaften versucht, dieses Problem mithilfe extrem kleiner „Spike-Strukturen“ zu lindern.
Das neue Material besteht aus Silikon, hat Antireflexeigenschaften und erscheint mit bloßem Auge schwarz. Der Schlüssel liegt in der Vielzahl der auf der Oberfläche angeordneten Nanosäulen mit extrem scharfen Spitzen. Diese Strukturen können die äußere Lipidmembran der Viruspartikel durchdringen, wodurch das Virus „entleert“ wird und seine ursprüngliche strukturelle Integrität verliert. Untersuchungen zeigen, dass nach der Zerstörung des Virus auf diese Weise seine Infektiosität innerhalb von 6 Stunden fast vollständig beseitigt ist.
Um den Effekt zu überprüfen, platzierte das Forschungsteam für Vergleichsexperimente Tröpfchen eines häufigen Atemwegsvirus, des humanen Parainfluenzavirus Typ 3 (hPIV-3), auf zwei verschiedenen Siliziumoberflächen: Eine war eine nanotexturierte Oberfläche, die mit Millionen winziger Spitzen bedeckt war, und die andere war eine glatte und flache Siliziumoberfläche. Die Forscher verwendeten Hochleistungsmikroskope und Labormethoden zur Prüfung der Infektiosität, um die Interaktion zwischen dem Virus und verschiedenen Oberflächentexturen während eines Beobachtungszeitraums von bis zu sechs Stunden zu verfolgen.
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass diese Mikrospitzen wie unzählige feine Nadeln sind, die direkt die schützende Fettmembran an der Außenseite des Virus durchdringen können, wodurch die Viruspartikel kollabieren und ihre strukturelle Stabilität verlieren. Im Gegensatz dazu blieben Viren, die auf glatten Oberflächen blieben, meist intakt und gefährlich, während auf solchen stacheligen Oberflächen 96 % der infektiösen Viren innerhalb von 6 Stunden zerstört wurden. Dies zeigt, dass dieses mechanische „Nano-Spike“-Design Krankheitserreger wirksam inaktivieren kann, ohne auf giftige Chemikalien angewiesen zu sein.
Das Forschungsteam kombiniert bestehende Forschungsergebnisse zu Nanotexturmaterialien und geht davon aus, dass diese Technologie theoretisch voraussichtlich eine ähnliche Rolle bei einer Vielzahl von Viren spielen wird, darunter SARS-CoV-2, Respiratory Syncytial Virus (RSV), Rhinovirus (RV) und das menschliche Coronavirus NL63. Es wurden jedoch keine spezifischen Tests für diese Viren einzeln durchgeführt. Darüber hinaus hat dieses Material auch eine gewisse Wirksamkeit bei der Hemmung bestimmter Bakterien gezeigt, was darauf hindeutet, dass sein Anwendungspotenzial möglicherweise nicht auf antivirale Szenarien beschränkt ist.
Die Forscher glauben, dass dieser Erfolg Raum für die Entwicklung neuer Sicherheitsmaterialien und Oberflächenbeschichtungen eröffnet, die in Zukunft in großem Umfang zur Verbesserung der hygienischen Sicherheit von Produkten des täglichen Bedarfs eingesetzt werden könnten. Samson Mah, der Erstautor des Papiers, sagte, dass Menschen in Zukunft möglicherweise Mobiltelefonbildschirme, Tastaturen, Krankenhausschreibtische und andere Oberflächen sehen könnten, die mit dieser Folie bedeckt seien, die Viren nach Kontakt ohne den Einsatz scharfer Chemikalien schnell deaktivieren könne. Er wies auch darauf hin, dass die vom Team entwickelte Form an den Rolle-zu-Rolle-Herstellungsprozess angepasst werden kann, was bedeutet, dass antivirale Kunststofffolien in Zukunft voraussichtlich in großem Maßstab mit vorhandenen Fabrikanlagen hergestellt werden.
Um von Laborergebnissen zu kommerziellen Anwendungen überzugehen, ist jedoch eine weitere Optimierung erforderlich. Die Forscher sagten, dass der nächste Schritt darin bestehe, das Nanotextur-Design weiter zu verbessern, um die Effizienz des Materials bei der Abtötung von Viren zu verbessern. Mah erklärte, dass bei engerer Anordnung der Nanosäulen mehr Spikes gleichzeitig auf dasselbe Viruspartikel einwirken können, wodurch die Virushülle bis zur Bruchgrenze gedehnt wird und die zerstörerische Wirkung noch verstärkt wird.
Es wird berichtet, dass die Forschungsergebnisse in „Advanced Science“ veröffentlicht wurden.