新しい素材でコーティングされた透明アクリルのサンプル。 (RMIT)
キッチンのベンチから、バスや電車の手すり、仕事机、電話の画面まで、あなたが毎日どれだけ多くの表面に触れているか考えてみてください。
さまざまな厄介なウイルスやその他の細菌が、これらの表面を介して簡単に拡散する可能性があります。
典型的な感染経路は、汚染された表面に触れ、その後目、鼻、口に触れることです。
もちろん、化学製品を使用して表面を洗浄することも可能です。しかし、これらは磨耗したり、環境に悪影響を及ぼしたり、繰り返し曝露されることで細菌が薬に反応しなくなる抗菌剤耐性の一因となる可能性があります。
Advanced Science に掲載された新しい研究結果 同僚と私は、昆虫の羽のナノテクスチャ表面を模倣し、ウイルス、特にヒト パラインフルエンザ ウイルス 3 型 (hPIV-3) を物理的に破壊できる、1 メートルの 10 億分の 1 メートルの小さなナノスケールの特徴を備えた薄いプラスチック表面を作成しました。
ナノテクスチャ表面によって破壊されているウイルス細胞の顕微鏡画像。 (RMIT) この新しい素材は、電話や病院の設備などの表面を病気が蔓延する可能性を大幅に低くする、安価で拡張性の高い方法を提供します。
表面を介したウイルスの拡散に対抗する現在の方法には、通常、汚れを除去するための洗浄と隠れた汚染物質を除去するための消毒が含まれます。
細菌を殺すために、消毒剤はしばらく濡れたままにする必要があります。現実世界の設定によっては、これは困難な場合があります。
他の人が表面に触れると、表面がすぐに再汚染される可能性もあります。また、消毒には刺激の強い化学物質が使用されることが多く、機器や環境に損傷を与える可能性があります。
科学者たちは以前に抗ウイルス性の表面修飾を開発しました。これらの戦略には、グラフェンやタンニン酸などの素材やその他の天然物質をマスク、手袋、ゴーグル、ヘルメット、人工呼吸器などの個人用保護具に組み込むことが含まれることがよくあります。
これらのコーティングは効率的です。しかし、それらは人間の健康にリスクをもたらす可能性があります。また、化学物質の浸出によって環境に危険を及ぼす可能性があり、有効成分の効力が時間の経過とともに弱まるため、有効性が低下する可能性があります。
ウイルスが爆発する表面を目指す私たちの旅は 10 年以上前に始まりました。
私たちは当初、細菌が滑り落ちてしまうほど滑らかな表面を設計することを目指していました。驚いたことに、私たちはその逆のことを発見しました。バクテリアは、ナノスケールで滑らかな表面に非常に容易に付着します。
自然界にはバクテリアのない表面の例があります。セミやトンボの水をはじく羽を手に取りましょう。これらの羽は自浄作用がありますが、バクテリアを寄せ付けないというよりは天然の殺菌剤としての働きが大きいです。
つまり、バクテリアを殺します。
セミの羽は細菌を殺すことができます。 (ベッカ・H/ペクセルズ) 天然の殺菌剤は、細菌の増殖を阻害するのではなく、細菌を殺すことができる自然由来の「薬剤」です。
同僚と私が金でコーティングされた羽を使って行った実験では、この細菌を殺す効果が表面化学によって引き起こされるのではなく、むしろ地形によって引き起こされることが確認されました。
表面の物理的なナノ構造は、基本的に細菌の細胞膜を強制的に伸張させ、破裂させます。
私たちの以前の研究では、ナノスパイクで覆われたシリコンが接触時にウイルスを効果的に破壊することが示されました。ただし、その厳格な性質により、複雑なオブジェクトでの使用は制限されます。
この新しい研究では、軽量でコスト効率が高く、柔軟性に優れたウイルス破裂素材を作成することで、この問題に対処しました。
この素材は、薄いアクリルフィルムを何千もの極細の柱で覆ったものです。ナノテクスチャー素材は滑らかな手触りです。しかし、これらのナノピラーはウイルスの外殻をつかみ、破裂するまで引き伸ばします。これにより、機械的な力によってウイルスが死滅します。
細気管支炎や肺炎を引き起こす hPIV 3 を使った臨床検査では、この物質との接触から 1 時間以内にウイルス粒子の最大 94% が引き裂かれるか致命的な損傷を受けることが判明しました。
私たちは、ナノピラー間の距離が高さよりもはるかに重要であり、約 60 ナノメートルの間隔で密に配置されたピラーが最適に機能することを発見しました。
この素材の作成に使用した金型は、食品包装から公共交通機関、病院の設備や事務机に至るまで、幅広い産業機会を提供するために簡単に拡大縮小できます。
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ナノ構造の表面は耐久性を高めるために作られています。ただし、他の素材と同様に物理的、化学的、環境的ストレス要因の影響を受けやすく、時間の経過とともに劣化します。
無菌表面の探求においては、まだ発見されていないことが多くあります。しかし、これらのナノテクスチャー表面はウイルスと戦う上で大きな可能性を秘めており、従来の化学ベースの方法に代わる手段を提供します。
エレナ・イワノバ、RMIT 大学物理学特別教授
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