Wissenschaftler verwenden Kupfer-Nanodrähte, um die Ausbreitung von Krankheiten zu bekämpfen

Ein uraltes Metall, das wegen seiner mikrobiellen Eigenschaften verwendet wird, ist die Basis für eine stoffbasierte Desinfektionslösung. Ein Team von Wissenschaftlern des Ames National Laboratory, der Iowa State University und der University at Buffalo hat ein antimikrobielles Spray entwickelt, das eine Schicht aus Kupfer-Nanodrähten auf häufig berührten Oberflächen im öffentlichen Raum ablagert. Das Spray enthält Kupfer-Nanodrähte (CuNWs) oder Kupfer-Zink-Nanodrähte (CuZnNWs) und kann auf einer Vielzahl von Oberflächen eine antimikrobielle Beschichtung bilden. Diese Forschung wurde durch die COVID-19-Pandemie initiiert, aber die Ergebnisse haben weitreichendere Anwendungen.

Seit 2400 v. Chr. nutzen die Menschen die antimikrobiellen Eigenschaften von Kupfer zur Behandlung und Vorbeugung von Infektionen und Krankheiten. Es hat sich als wirksam zur Inaktivierung von Viren, Bakterien, Pilzen und Hefen erwiesen, wenn diese direkt mit dem Metall in Kontakt kommen. Laut Jun Cui, Wissenschaftler am Ames Lab und einer der leitenden Forscher des Projekts, „kann Kupferion die Membran eines Virus durchdringen und sich dann in die RNA-Kette einfügen und das Virus vollständig daran hindern, sich selbst zu vervielfältigen.“

Inmitten der Pandemie „fragte das DOE Forscher, was können Sie tun, um diese COVID-Situation zu mildern?“ sagte Cui. Ames Lab ist bekannt für seine Arbeit in der Materialwissenschaft, einem Bereich, der sich häufig nicht mit der Erforschung von Krankheiten überschneidet. Das Team von Cui hatte jedoch die Idee, die antimikrobiellen Eigenschaften von Kupfer anzuwenden, um die Ausbreitung von COVID zu reduzieren.

Cui erklärte, dass ihre Idee aus einem separaten Projekt stammte, an dem sie arbeiteten, bei dem es sich um eine Kupfertinte handelt, die zum Drucken von Kupfer-Nanodrähten entwickelt wurde, die in flexiblen elektronischen Geräten verwendet werden. „Der Gedanke ist also, das ist Tinte, und ich kann sie mit Wasser oder sogar Ethanol verdünnen und dann einfach aufsprühen. Was auch immer die Oberfläche ist, ich sprühe sie einmal auf und überziehe sie mit einer sehr leichten Schicht eines Kupfer-Nanodrahts“, er sagte.

Zuerst muss die Oberfläche gereinigt und desinfiziert werden, dann kann die neu formulierte Kupfertintenlösung aufgetragen werden. Die ideale Beschichtung sollte dünn genug sein, um transparent zu sein. Die Tinte kann mit Wasser oder Alkohol verdünnt werden, um sie sprühfähig zu machen, und sie funktioniert auf Kunststoff-, Glas- und Edelstahloberflächen.

Das Team testete zwei Arten von Kupfertinte, CuNW und CuZnNW. Im Vergleich zu einer einfachen Kupferscheibe waren beide Tinten genauso effektiv bei der Deaktivierung des Virus. Es dauerte jedoch 40 Minuten, bis die Kupferscheibe den Virus deaktivierte, während die Kupfertinten nur 20 Minuten brauchten. Die Nanodrähte arbeiteten aufgrund ihrer größeren Oberfläche schneller.

In einem Vergleich zwischen den beiden Tintenbeschichtungen inaktivierte das CuNW das Virus während der ersten 10 Minuten schneller als das CuZnNW. CuZnNW hatte jedoch im Vergleich zu CuNW eine gleichmäßigere und nachhaltigere Freisetzung von Kupferionen, wodurch die Beschichtung länger wirksam ist. Letztendlich kam das Team zu dem Schluss, dass CuZnNW die beste Option für eine sprühbare Kupfer-Nanodrahtbeschichtung für antimikrobielle Zwecke ist.

Cui sagte, dass diese Arbeit wichtig sei, nicht nur wegen der Pandemie, sondern da diese Nanodrähte vor vielen verschiedenen Mikroben schützen können, „besteht die Chance, dass wir einen nachhaltigen Einfluss auf die menschliche Gesellschaft haben können“.

Diese Forschung wird in dem Artikel „Sprühbare Kupfer- und Kupfer-Zink-Nanodraht-Tinten für die antivirale Oberflächenbeschichtung“ von C. Pan, KS Phadke, Z. Li, G. Ouyang, T.-h. Kim, L. Zhou, J. Slaughter, B. Bellaire, S. Ren und J. Cui und veröffentlicht in RSC-Fortschritte.