Jak poinformowali PAP przedstawiciele IFJ PAN, B-STING (Biocidal Silica-Templated Immobilized Nano-Groups) powstał w wyniku wieloletnich badań nad nowym podejściem do zwalczania mikroorganizmów. W przeciwieństwie do klasycznych nanocząstek metali, które muszą bezpośrednio kontaktować się z drobnoustrojami, nanokompozyt sam w sobie nie jest substancją biologicznie czynną.

„Gdy w celach biobójczych stosujemy na przykład nanocząstki złota lub srebra, muszą one bezpośrednio wejść w oddziaływanie z drobnoustrojami. Nasz materiał to efekt dekady prac nad radykalnie innym podejściem do zagadnienia. Sam nie jest substancją biologicznie czynną. Jest to jednak nanofabryka, produkująca zabójcze dla mikroorganizmów reaktywne formy tlenu, skutecznie przenikające przez błony komórkowe bakterii i grzybów” - powiedziała cytowana w komunikacie dr hab. Magdalena Laskowska, pierwsza autorka artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Applied Surface Science”.

Za niezwykłe właściwości nanokompozytu odpowiada jego specyficzna struktura. Bazuje on na krzemionce z cylindrycznymi mezoporami o średnicy 8 nanometrów, ułożonymi heksagonalnie w warstwę wyglądem przypominającą plaster miodu. Dzięki porom znacząco (ok. 80-krotnie) zwiększa się rzeczywista powierzchnia dostępna dla reakcji chemicznych.

We wnętrzach porów umieszczone są grupy chemiczne, które pełnią funkcję „uchwytów” dla pojedynczych atomów metalu, w tym wypadku miedzi. Grupy te połączono z krzemionką za pomocą mostków propylowych i rozmieszczono je w porach w taki sposób, aby każdy atom miedzi miał wystarczająco dużo miejsca do działania jako katalizator.

Atom miedzi działa jak katalizator - wykorzystuje wodę i tlen z powietrza do wytwarzania reaktywnych form tlenu, które przenikają przez błony komórkowe drobnoustrojów, skutecznie je niszcząc. Produkcja tych substancji uruchamia się automatycznie w reakcji na obecność drobnoustrojów, dzięki czemu materiał działa „na żądanie”.

„Popularne obecnie w różnych zastosowaniach nanocząstki złota czy srebra to aglomeraty składające się z wielu tysięcy atomów. Większość z nich jest osłonięta przez swoich sąsiadów, a więc nie jest w stanie pełnić przewidzianej dla nich roli. Tymczasem precyzyjna architektura naszego materiału gwarantuje, że każdy atom metalu ma dostęp do otoczenia i może katalizować produkcję reaktywnych form tlenu z wody i tlenu zawartych w powietrzu przenikającym do mezoporów. W rezultacie B-STING nie potrzebuje żadnego zewnętrznego wyzwalacza, takiego jak światło czy ultradźwięki, może więc działać nawet w ciemności” - wyjaśnił współautor badania dr hab. Łukasz Laskowski, prof. IFJ PAN.

Naukowcy podkreślili, że uzyskany przez nich materiał jest też bardzo trwały i nie wymaga regeneracji. Katalityczne centra miedzi pozostają aktywne tak długo, jak długo mają dostęp do tlenu i wody.

Testy prowadzone we współpracy z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie potwierdziły wysoką skuteczność powłok z B-STING w eliminowaniu bakterii, grzybów i wirusów. Jednocześnie badania na ludzkich fibroblastach wykazały, że materiał jest bezpieczny dla komórek człowieka. Substancje biobójcze powstają bowiem wyłącznie w reakcji na zmiany środowiska wywołane przez drobnoustroje, np. spadek pH, obecność związków siarki czy wahania dostępności tlenu.

Jak zaznaczyli badacze, jest to ogromna zaleta ich rozwiązania, ponieważ produkcja substancji dezynfekujących dostosowuje się do warunków.

„Jeśli dalsze badania nie wykażą negatywnych skutków wprowadzania naszego materiału do organizmu, mógłby on w przyszłości stać się nawet składnikiem leków - jako środek przynajmniej potencjalnie mogący skuteczniej od antybiotyków zwalczać szeroką gamę drobnoustrojów” - zauważył prof. Laskowski.

Na razie B-STING może być stosowany w biobójczych powłokach na powierzchniach szpitalnych, laboratoryjnych czy przemysłowych. Powłoki są trwałe, odporne mechanicznie, niepodatne na zabrudzenia, utrzymują aktywność „na żądanie” i mogą być nanoszone na szkło, metale, polimery oraz przedmioty o złożonych kształtach. Ich produkcja jest też opłacalna ekonomicznie - nawet cienkie warstwy są skuteczne, a wykorzystanie miedzi jest znacznie tańsze niż złota czy srebra.

Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ agt/