Naukowcy z EPFL opracowali nową metodę wytwarzania powierzchni antybakteryjnych, które eliminują bakterie w ciągu kilku minut. Technologia testowana obecnie w szpitalach, wykazuje ogromny potencjał w zapobieganiu szpitalnych zakażeń.
Jednym z największych problemów szpitali jest utrzymanie sterylnego środowiska oraz ochrona pacjentów przed zakażeniami. Aby zminimalizować lub całkowicie zapobiec takiemu ryzyku stosuje się pokrycia powierzchni z antybakteryjnych powłok, które zabijają albo zatrzymują rozmnażanie i wzrost mikroorganizmów, takich jak bakterie, grzyby i wirusy.
Problemem jest to, że antybiotyczne warstwy często są niestabilne, a sposoby wytwarzania nie nadają się do produkcji na dużą, przemysłową skalę. Powłoki na wykładzinach często nie są jednorodne i można je zetrzeć za pomocą tkaniny lub palca.
Od ponad dziesięciu lat, naukowcy próbują znaleźć odpowiedni sposób do walki ze szpitalnymi zakażeniami. Częste stosowanie antybiotyków może prowadzić do wytworzenia opornych szczepów bakteryjnych, co ogranicza stosowanie środków farmaceutycznych. Dlatego strategia koncentruje się na pokryciu powierzchni szpitalnych (np. ścian, podłóg, narzędzi, tacek itp.) antybakteryjnymi powłokami.
Współczesne metody wytwarzania wykorzystują plazmę argonową do osadzania cienkiej warstewki na powierzchni. Problem jest to, że warstwa podczas rozpylania jest nierównomierne rozłożona na powierzchni. Dodatkowo wysokie koszty i warunki utrzymania wysokiej temperatury podczas osadzania również stanowią przeszkodę w masowej produkcji.
Antybakteryjne powłoki znajdują zastosowanie w pomieszczeniach sterylnych np. w salach operacyjnych, szpitalnych czy w laboratoriach oraz w obiektach o zwiększonych wymaganiach higienicznych np.w halach produkcyjnych. Stanowią najlepszą barierę przeciw rozprzestrzenianiu się mikroorganizmów.
Opublikowane w czasopiśmie “Surface & Technology Coatings” badania naukowców z École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii dotyczyły opracowania sposobu na tworzenie trwałych, jednolitych, silnie adhezyjnych, przeciwbakteryjnych warstw. Powłoki z natychmiastowym działaniem osadzono, stosując technologię wysokoenergetycznego impulsowego napylania magnetronowego – HiPIMS (z ang. high-power impulse magnetron sputtering).
HiPIMS jest metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej cienkich warstw (PVD), opartą na magnetronowym napylaniu. HiPIMS wykorzystuje krótkie impulsy o bardzo wysokiej gęstości mocy, rzędu kW⋅cm-2 trwających kilkadziesiąt mikrosekund przy niskim cyklu pracy <10%. Cechą wyróżniającą HiPIMS jest wysoki stopień jonizacji rozpylonych metali i wysoki stopień dysocjacji gazów. HiPIMS wykorzystuje się do zwiększenia przyczepności wstępnej podłoża przed osadzeniem powłoki oraz do osadzenia cienkich warstw o dużej gęstości mikrostruktury.
Po raz pierwszy w historii zespół z EPFL osadził antybakteryjną nanowarstwę tlenków tytanu i miedzi (TiO2/Cu) na trójwymiarowym poliestrowym podłożu. Zarówno TiO2 i Cu stworzyły ścisłą i jednorodną strukturę na powierzchni. Prowadzi to do produkcji wolnych rodników, które są potężnymi, naturalnymi bakteriobójcami.
Zaletą nowej metody jest to, że można stosować różne kombinacje metali sposób systematyczny i kontrolowany. Oznacza to, że powlekanie powierzchni za pomocą HIPIMS zwiększa odpornść na degradację korozyjną i działania środowiska.
Tradycyjne antybakteryjne powierzchnie są uzależnione od działania światła. W przeciwieństwie do nich, osadzona warstwa TiO2/Cu pracuje również w nocy, ponieważ stopniowe uwalnianie bakteriobójczych jonów Cu odbywa się także w ciemności.
Badacze z EPFL testowali efektywność działania powłoki na bakteriach E. coli. Porównując dane z wcześniejszych badań, naukowcy wykazali, że warstwy osadzone metodą HiPIMS znacząco szybko zwalniały rozmnażanie i wzrost E. coli.
Naukowcy spodziewają się, że nowa technologia będzie mieć olbrzymi wpływ na produkcję powierzchni antybakteryjnych i stworzy możliwości dalszego eksperymentowania z osadzaniem cienkich warstw. Obecnie zespół EPFL pod przewodnictwem Césara Pulgarina współpracuje z University Hospital of Lausanne (CHUV) i University of Lausanne (UNIL) przy testowaniu działania warstw na rzeczywistych, patogennych drobnoustrojach szpitalnych.
Źródło:
[1] Sami Rtimi, Oualid Baghriche, Cesar Pulgarin, Jean-Claude Lavanchy, John Kiwi, Growth of TiO2/Cu films by HiPIMS for accelerated bacterial loss of viability. Surface and Coatings Technology
[2] http://actu.epfl.ch/news/a-durable-bacteria-killing-surface-for-hospitals/ | 17.08.2013
[3] http://tnij.org/powloka_calosc | 17.08.2013
[4] Stock photo: Hospital by Woopidoo2, Royalty free, sxc.hu