Untersuchungen haben gezeigt, dass ein dünner Zellulosefilm das SARS-CoV-2-Virus innerhalb von Minuten inaktivieren, das Wachstum von Bakterien, einschließlich E. coli, hemmen und die Kontaktübertragung von Krankheitserregern eindämmen kann.
Die Beschichtung besteht aus einem dünnen Film aus Zellulosefasern, der für das bloße Auge unsichtbar und unter trockenen Bedingungen abriebfest ist, wodurch sie für den Einsatz auf stark beanspruchten Objekten wie Türgriffen und Handläufen geeignet ist.
Die Beschichtung wurde von wissenschaftlichen Teams der University of Birmingham, der Cambridge University und FiberLean Technologies entwickelt, die an einem Projekt zur Formulierung von Behandlungen für Glas-, Metall- oder Laminatoberflächen arbeiteten, die einen dauerhaften Schutz gegen das COVID-19-Virus bieten würden.
Während herkömmliche chemische Desinfektionsmittel und antivirale Oberflächendesigns entweder auf Strukturproteine oder Nukleinsäuren abzielen, konzentrierten sich die Forscher unter der Leitung von Professor Zhenyu Jason Zhang von der School of Chemical Engineering in Birmingham darauf, die Atemtröpfchen, die die Viren enthalten, durch die eingeführte Kapillarkraft auszutrocknen durch die poröse Struktur.
Es ist bekannt, dass das COVID-19-Virus auf Oberflächen wie Kunststoff und Edelstahl mehrere Tage lang aktiv bleibt, auf Zeitungspapier jedoch nur wenige Stunden. Das Team, das über Fachkenntnisse in der Oberflächenchemie und Formulierungstechnik verfügt, untersuchte die Struktur und Leistung einer Beschichtung aus mikrofibrillierter Cellulose (MFC) von FiberLean Technologies, dem weltweit führenden Hersteller von MFC für die Papier- und Verpackungsindustrie.
Die Forscher fanden heraus, dass die poröse Beschaffenheit des Films eine wichtige Rolle spielt: Sie beschleunigt die Verdunstungsrate von Flüssigkeitströpfchen und führt zu einem unausgeglichenen osmotischen Druck über die Bakterienmembran.
Anschließend testeten sie, ob die Beschichtung die Oberflächenübertragung von SARS-CoV-2 hemmen kann. Dabei stellten sie fest, dass sich die Infektiosität verdreifachte, wenn virushaltige Tröpfchen fünf Minuten lang auf der Beschichtung belassen wurden, und nach zehn Minuten sank die Infektiosität auf Null.
Wenn dagegen SARS-CoV-2-haltige Tröpfchen auf einer Glasoberfläche belassen wurden, blieb ihre anfängliche Infektiosität auch nach 10 Minuten erhalten. Die antimikrobiellen Tests wurden mit Tröpfchen wiederholt, die Bakterien (E. coli und S. epidermidis) enthielten, und auch hier stellten die Forscher erhebliche Verringerungen der Infektiosität nach 1 Stunde und 24 Stunden fest.
Die Experimente wurden mit aerosolisiertem künstlichem Speichel wiederholt, und hier deutete die Analyse darauf hin, dass der dünne Zellulosefilm auch die Kontaktübertragung von Atemaerosolen wirksam unterdrückt.
Professor Zhang kommentierte: „Das Risiko einer Oberflächenübertragung geht im Gegensatz zur Aerosolübertragung von großen Tröpfchen aus, die infektiös bleiben, wenn sie auf harten Oberflächen landen, wo sie durch Berührung übertragen werden können. Diese Oberflächenbeschichtungstechnologie verwendet nachhaltige Materialien und könnte dies möglicherweise auch sein.“ Wird in Verbindung mit anderen antimikrobiellen Wirkstoffen verwendet, um eine lang anhaltende antimikrobielle Wirkung mit langsamer Freisetzung zu erzielen.
Die Forscher bestätigten die Stabilität der Beschichtung durch mechanische Kratztests, bei denen die Beschichtung im trockenen Zustand keine erkennbaren Schäden aufwies, sich aber bei Benetzung leicht von der Oberfläche entfernen ließ, was sie bequem und für die tägliche Reinigungs- und Desinfektionspraxis geeignet machte.
Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen.
Mehr Informationen:
Shaojun Qi et al, Poröse Cellulose-Dünnfilme als nachhaltige und wirksame antimikrobielle Oberflächenbeschichtungen, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen (2023). DOI: 10.1021/acsami.2c23251