Związki fenolowe i polifenolowe występują w czerwonym winie i zielonej herbacie. Są także szeroko rozpowszechnione w tkankach roślinnych, ponieważ związane są z zachodzącymi w nich czynnościami biologicznymi, m.in. chemicznymi działaniami obronnymi, zabarwieniem strukturalnym oraz zapobieganiem skutkom promieniowania UV. Prosty eksperyment naukowców z Northwestern University pomógł w okryciu, że związki te mogą stanowić doskonałą powłokę antybakteryjną.
Związki polifenolowe w organizmach zwierząt i ludzi przeciwdziałają powstawaniu wolnych rodników (wolne rodniki wpływają na tworzenie się wielu chorób). Polifenole działają także przeciwnowotworowo, przeciwmiażdżycowo, wspomagają kompleksowanie jonów metali.
Badacze wykorzystali lepkość polifenoli do stworzenia wielofunkcyjnych powłok na bazie taniny i pirogalolu – tanich związki przypominających właściwościami związki bardziej złożonych polifenoli wystepująych w herbacie, winie czy czekoladzie. Wyniki badań zostały opublikowane 22 sierpnia 2013 w czasopiśmie Angewandte Chemie.
Rozpuszczenie polifenolowego proszku w wodzie z odpowiednim ilością soli, powoduje szybkie powstanie bezbarwnej powłoki o właściwościach przeciwutleniających i bakteriobójczych. Dodatkowo taka warstwa jest nietoksyczna.
Powłoki przylegają praktycznie do wszystkiego, włączając teflon. Materiał może być stosowany do pokrycia produktów przemysłowych, medycznych (cewników, implantów ortopedycznych), filtrów do uzdatniania wody a także w przetwórstwie żywności, przy przygotowywaniu i pakowaniu.
Jeden z autorów badań – Phillip B. Messersmith stwierdził, że powłoką można pokryć implant stawu biodrowego ze stali nierdzewnej, aby zapobiec utlenianiu powierzchni, powstaniu wolnych rodników i rozmnażaniu bakterii.
Zespół kierowany przez Messersmitha przetestował wszystkie istotne rodzaje materiałów – polimery stosowane w medycynie, metale, podłoża nieorganiczne oraz ceramikę. Powłoka przylgnęła do każdego z wyżej wymienionych materiałów. Naukowcy zademonstrowali także łatwy sposób modyfikowania powłoki, w celu dodania dodatkowych funkcji, np. zapobieganiu osadzania komórek na powierzchni rozrusznika serca.
Messersmith przez 15 lat pracował nad nowym materiałem biomedycznym, w tym nad inną powłoką o nazwie polidopamina. To materiał także oparty na fenolach, znajdujący się w lepkim kleju, którego morskie małże używają do przyczepiania się do skał. Ze względu na ich chemiczne podobieństwo, Messersmith wraz z kolegami zastanawiał się, czy związki fenolowe pochodzenia roślinnego znajdujące się w czerwonym winie, zielonej herbacie i gorzkiej czekoladzie moga miec podobne właściwości adhezyjne.
Badacze wystawili pojemniki na działanie ekstraktu polifenoli pozyskanych z czerwonego wina, zielonej hebraty, gorzkiej czekoloady i ziaren kakaowca. Eksperyment wykazał powstanie bezbarwnej powłoki na pojemnikach. Kolejnym krokiem było opracowanie tańszej i prostszej metody wytwarzania wielofunkcyjnych powłok.
Odpowiednim rezultatem zakończyło się zanurzanie przedmiotów w roztworze taniny lub pirogalolu. Towarzyszyło temu spontaniczne osadzanie powłok, tak jak stało się to w przypadku ekstraktów z roślin. Umieszczenie niedrogich prekursorów w miejsce ekstraktów zwiększyły szybkość i obniżyły koszty procesu, zwiększając jego rentowność. Powłoki miały grubość od 20 do 100 nanometrów, w zależności od sposobu pokrycia materiału.
Polidopamina była obiecującym krokiem w kierunku stworzenia biomedycznych powłok, ale dopiero roślinne polifenole moga zostać w pełni wykorzystane. Powłoki bazujące na tanine i pirogalolu są bezbarwne i nie zmieniają właściwości optycznych produktu oraz są około sto razy tańszy od polidopaminy. W dodatku mają wrodzone właściwości antybakteryjne oraz antyoksydacyjne (przeciwutleniające).
Źródło:
[1] Sileika, T. S., Barrett, D. G., Zhang, R., Lau, K. H. A. and Messersmith, P. B. (2013), Colorless Multifunctional Coatings Inspired by Polyphenols Found in Tea, Chocolate, and Wine . Angew. Chem. Int. Ed.
[2] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201304922/full | 26.08.2013
[3] http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2013/08/sticking-power-of-plant-polyphenols-used-in-new-coatings.html | 26.08.2013
[4] wine by italsine, flickr.com, CC BY 2.0