• slide
  • slide
  • slide

Zainteresowany naszą ofertą?

Wypełnij formularz zapytaniowy

Nanotechnologiczne powłoki antybakteryjne

Urządzenia oraz powierzchnie budynków szpitalnych mogą w przyszłości zostać zabezpieczone materiałami zawierającymi antybakteryjne nanododatki, m.in. nanocząstki srebra.

Od dnia wynalezienia pierwszego antybiotyku ludzkość prowadzi ciągłą, cichą walkę z niewyobrażalnie licznym wrogiem – niepoliczalną liczbą bakterii, które każdego dnia coraz skuteczniej kontratakują. Choć może się to wydawać dziwne, ale to my jesteśmy na straconej pozycji, a nowo opracowywane antybiotyki (tzw. superantybiotyki), które pozwalają zwalczać lekooporne zakażenia bakteryjne zwiększają tylko skalę ewentualnych problemów, jakie mogą nas spotkać w przyszłości. Część naukowców zauważyła, iż obserwowana obecnie popularność antybiotyków stanowi – w pewnym sensie – przysłowiowy „gwóźdź do trumny”, gdyż bakterie praktycznie wszędzie mają kontakt, z używanymi do walki z nimi substancjami leczniczymi. Stężenia antybiotyków, występujące dziś w wielu rzekach na całym świecie, jeszcze kilkaset lat temu wystarczyłyby (prawdopodobnie) na zwalczenie nawet najbardziej opornej bakterii. Między innymi dzięki temu, drobnoustroje mają czas na zmianę „taktyki”, inaczej mówiąc uodporniają się. Praktycznie każdego dnia naukowcy alarmują, iż lekooporność drobnoustrojów niekontrolowanie gwałtownie wzrasta!

Inżynierowie w walce z bakteriami
Co ciekawe, według najnowszych trendów, w XXI wieku to nie lekarze czy farmaceuci stanowić będą pierwszą linię walki z mikroorganizmami, lecz naukowcy i inżynierowie związani z szeroko rozumianym przemysłem budowlanym. Nowoczesne ograniczanie ilości bakterii polega na tworzeniu otaczających nas antybakteryjnych powierzchni, które samoczynnie zadbają o sterylność lub w znacznym stopniu ograniczą ilość niebezpiecznych drobnoustrojów w otoczeniu. Aktywnym elementem nowoczesnych antybakteryjnych powierzchni będą nie antybiotyki lub inne podobnie działające substancje chemiczne, lecz różnego rodzaju nanomateriały o udokumentowanych już, doskonałych właściwościach bakteriobójczych oraz bakteriostatycznych. Według naukowców, antybakteryjne nanomateriały w dużym stopniu zminimalizują problem szpitalnych zakażeń, przez które obecnie rocznie w samych tylko Stanach Zjednoczonych Ameryki na leczenie wydawane jest około 30 miliardów dolarów! Warto wspomnieć, iż blisko 80 procent wszystkich zakażeń bakteryjnych, na jakie zapadają pacjenci podczas wizyty w szpitalach, spowodowane jest tworzeniem się filmu bakteryjnego na różnych powierzchniach, np. blatach, urządzeniach analitycznych, nieprawidłowo wysterylizowanych przyborach medycznych. To te urządzenia oraz powierzchnie szpitalne (blaty, ściany) mogą w przyszłości zostać zabezpieczone już podczas budowy szpitala – czy jego remontu – materiałami zawierającymi antybakteryjne nanododatki, między innymi nanocząstki srebra.

Nanosrebro – nano może więcej
Nanocząstki srebra to srebrne drobinki o wielkości miliardowej części metra. Od pewnego czasu robią one światową karierę wśród nanotechnologów, a teraz także wśród producentów różnego rodzaju produktów powszechnego użytku. Antybakteryjne właściwości drobinek srebra wynikają z ich wielkości, która powoduje niezwykłą łatwość w przenikaniu tego typu nanocząstek przez błony biologiczne i wnikaniu do wnętrza mikroorganizmów. Srebro – w kontakcie ze strukturami subkomórkowymi – zmienia normalny przebieg procesów komórkowych, wywołując śmierć drobnoustrojów. Dotąd nie było wiadomo, czy to nanocząstki srebra same w sobie, czy też jony srebra uwolnione z cząstek są bardziej toksyczne dla żywych komórek. Niedawno przeprowadzone eksperymenty polegające na ekspozycji komórek Chlamydomonas reinhardtii na działanie jonów srebra (z azotanu srebra) lub nanocząstek srebra (o średnicy od 10 do 200 nanometrów) dowiodły, iż jony srebra są bardziej skuteczne w pierwszej godzinie kontaktu z materiałem biologicznym, natomiast po około 2 godzinach, to nanocząstki srebra mają większą siłę niszczenia komórek. Według naukowców, powyższe wyniki wskazują, iż nanocząstki srebra stanowią rezerwuar jonów srebra, które to bezpośrednio wpływają niekorzystnie na żywe komórki. Inaczej mówiąc, łatwiej „zmagazynować” jony srebra w postaci nanoczastek srebra, niż w roztworze rzeczywistym (np. azotanu srebra), by jony te przez długi czas skutecznie niszczyły drobnoustroje.

Niemal 100% skuteczności antybakteryjnych plastików!
Istnieje dużo różnych metod syntezy nanocząstek srebra, jednak część z nich skutkuje powstaniem zbyt dużych cząstek, które choć mieszczą się w przedziale do 100 nanometrów (ta wartość jest „graniczną” wielkością nanomateriałów), to jednak wykazują małą lub bardzo małą skuteczność antybakteryjną czy antygrzybiczną. W wypadku antybakteryjnych nanopreparatów tworzonych w oparciu o cząstki srebra sprawa jest prosta – im mniejsze nanocząstki, tym silniej hamująco działają na rozwój drobnoustrojów. Jedną z prostszych metod – choć dość niebezpieczną, bo opartą na użyciu gorącego, stężonego kwasu azotowego – jest bardzo wydajna procedura syntezy nanocząstek srebra wykorzystanych przez koreańskich naukowców w badaniach wykazujących skuteczności ich działania w walce z grzybami oraz bakteriami stanowiącymi źródło zakażeń szpitalnych. Metoda ta jest bardzo wydajna, gdyż otrzymana mieszanina zawiera nanocząstki srebra w stężeniu dochodzącym do 60000 ppm (cząsteczek na milion)! Tak przygotowany nanomateriał – po znacznym rozcieńczeniu (w badaniach użyto stężenie od 1 do 7 mikrogramów nanosrebra na mililitr) – został użyty jako skuteczny antybakteryjny preparat redukujący rozwój grzybów szczególnie często atakujących ludzi leczonych w przestrzeniach szpitalnych. Grzyby z rodzaju Candida sp., jak i inne przebadane drożdżaki są skutecznie niszczone za pomocą nanocząstek srebra o niewielkim stężeniu. Biobójcza siła drobinek srebra jest porównywalna, a czasami nawet wyższa, od standardowo stosowanych w terapii chemicznych środków grzybobójczych. Nieco inaczej należy wytwarzać nanocząstki srebra, które następnie mają zostać użyte jako antybakteryjny składnik polimerowych cienkich przezroczystych folii. Materiał ten może stanowić zabezpieczającą powłokę przedmiotów używanych w szpitalach – zewnętrznych powierzchni szafek, stołów, poręczy, drzwi czy łóżek, na których pacjenci transportowani są na salę operacyjną. Nanocząstki srebra w tym wypadku stanowią domieszkę do nanocząstek fosforanu wapnia, które tworzą swego rodzaju nanorusztowanie dla srebrnych drobinek o właściwościach antybakteryjnych. Proces, wykorzystany przez naukowców z ETH Zurich, wymaga użycia wydajnego palnika osiągającego temperaturę ponad 2000 stopni Celsjusza, ale jest bardzo szybki. Mieszaninę organicznych fosforanów i organicznych związków srebra oraz wapnia należy rozpylić w płomieniu o wysokiej temperaturze, gdzie dodatki organiczne spalają się w błyskawicznym tempie umożliwiając stworzenie nanocząstek nieorganicznego fosforanu wapnia, na powierzchni którego osadzają się maleńkie drobinki srebra. Tak wytworzony puder składa się z nanocząstek fosforanu wapnia o średnicy około 50 nanometrów, udekorowanego nanosrebrem o wielkości cząstek poniżej 2 nanometrów. Cząstki przypominają kształtem truskawki. Dzięki nanorusztowaniu utworzonego z fosforanu wapnia, nanosrebro może zostać w prosty sposób osadzone na powierzchni polimeru, z którego produkowane są przezroczyste folie. Fosforanowe rusztowanie powoduje, iż srebrne nanocząstki wystają nieco z powierzchni folii, dzięki czemu są dostępne dla drobnoustrojów i skutecznie je niszczą. Co więcej, nanocząstki srebra odłączają się od powierzchni polimeru jedynie w obecności czynników biologicznych, które mają zostać zabite! Fosforan wapnia stanowi nanoodpowienik Konia Trojańskiego, gdyż drobnoustroje absorbując przyjazną biologicznie substancję mineralną, pochłaniają jednocześnie śmiercionośne nanocząstki srebra. Wyprodukowana przezroczysta folia zawierająca dodatek antybakteryjnego srebra redukowała ilość wzrastających na jej powierzchni drobnoustrojów ze skutecznością dochodzącą do 100 procent! Na powierzchni, na której znajdowało się około miliona komórek Escheriachia coli, po 24 godzinach inkubacji można było zaobserwować co najwyżej 1 komórkę. Co więcej, już po 2-godzinnym kontakcie bakterii ze zmodyfikowaną nanosrebrem powierzchnią folii obserwowano zmniejszenie liczby komórek o 70%! Podobne wyniki uzyskano, gdy na powierzchni antybakteryjnego polimeru inkubowano inne mikroorganizmy (np. Pseudomonas aeruginosa), które równie często co Escheriachia coli wywołują poważne i niebezpieczne zakażenia szpitalne. Według naukowców, doskonałe właściwości antybakteryjne idą w parze z estetyką stworzonego materiału, gdyż cechy fizyczne folii (jej transparentność) są bardzo korzystne, pomimo nanododatków. Zmiana koloru z bezbarwnego na lekko brązowawy, obserwowana jest jedynie przy znacznych stężeniach nanocząstek. Aspekt estetyczny, często pomijany w badaniach laboratoryjnych, jest bardzo ważny przy wdrażaniu danych technologii do masowej produkcji, szczególnie w sytuacji, gdzie dany materiał stanowiłby element wykończenia wnętrz.

Antybakteryjne farby
Farby i lakiery o właściwościach bakteriobójczych znane są naukowcom od lat, a od jakiegoś czasu są dostępne również handlowo. Przeważająca większość z nich produkowana jest w kilkuetapowych procesach, przy czym zazwyczaj nanocząstki srebra o silnych właściwościach antybakteryjnych są otrzymywane oddzielnie i dodawane, jako aktywny biologicznie komponent, do gotowych farb. Naukowcy amerykańscy – nieco przekornie – opracowali farbę antybakteryjną, która podczas wysychania samoczynnie generuje drobinki bakteriobójczych metali! Tym samym zamknięty produkt, przechowywany w magazynach oraz na półkach sklepowych jest nieaktywny, dzięki czemu nie ma niebezpieczeństwa dezaktywacji biobójczych dodatków. W skład antybakteryjnej farby wchodzą między innymi nienasycone kwasy tłuszczowe, w tym kwas linolenowy, którego obecność umożliwia transformację soli złota lub srebra w antybakteryjne nanocząstki tych metali. Nanocząstki powstają podczas schnięcia farby naniesionej na malowaną powierzchnię, gdy w zawierających podwójne wiązania łańcuchach kwasów tłuszczowych wytwarzane są wolne rodniki, które zapoczątkowują proces tworzenia nanodrobinek metali. Pojawienie się nanocząstek w wysychającej powłoce uwidacznia delikatna zmiana koloru farby. Preparat zawierający nanodrobinki złota ma barwę różowawą, a wariant z nanocząstkami srebra – żółtawą. W obu przypadkach, testy antybakteryjnej skuteczności wykazały doskonałą biobójczość farb z nanododatkami w stosunku do bakterii Staphylococcus aureus oraz Escherichia coli. Postęp wiedzy, a co za tym idzie i rozwój nanotechnologii, zmienia otaczający nas świat. Materiały, których właściwości jakiś czas temu bliższe były fantastyce naukowej (jak choćby bakteriobójcze cechy nanocząstek srebra), obecnie wytwarzane są na półprzemysłową skalę. Kwestią czasu oraz w pewnym stopniu kwestią społecznej akceptacji jest wzrost udziału nanotechnologicznych dodatków w wytwarzanych dziś produktach powszechnego użytku. Antybakteryjne właściwości wielu nanomateriałów pozwalają sądzić, iż w przyszłości wyeliminowana zostanie większość problemów zdrowotnych związanych z niekontrolowaną i niechcianą obecnością lekoopornych, chorobotwórczych drobnoustrojów, obecnych dziś na różnorakich powierzchniach w szpitalach. Koszty społeczne oraz środowiskowe związane z wykorzystaniem nowoczesnych materiałów wykończeniowych zawierających nanododatki (o często nie do końca poznanym wpływie na otaczający nas świat), wydają się w tym wypadku rażąco niskie w stosunku do ceny, jaką muszą płacić miliony osób rocznie zapadających na choroby wywołane zakażeniami szpitalnymi. Niestety, część pacjentów nie przeżywa chorób o podłożu bakteryjnym wywołanych zakażeniem podczas pobytu w szpitalu.

mgr Krzysztof Langer, prof. dr hab. Jerzy J. Langer
Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Fizykochemii Materiałów i Nanotechnologii

award1.jpg

Zrealizowaliśmy ponad 300 obiektów na terenie Polski. Obecnie zwiększyliśmy zasięg działania o nowe kraje UE.

award2.jpg

Nasi projektanci i inżynierowie opracowali ponad 450 projektów różnego rodzaju nieruchomości.

award3.jpg

Drewno, jako odnawialne źródło energii pochodzące ze zrównoważonego zarządzania lasami, tworzy fundament naszych realizacji.

Medale

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych dla realizacji celów i na zasadach określonych w Polityce prywatności

Wyrażam zgodę