Gün içinde dokunduğumuz sayısız yüzey var: mutfak tezgahı, toplu taşıma araçlarındaki tutamaklar, çalışma masamız, telefon ekranımız... Bu yüzeyler aracılığıyla birçok zararlı virüs ve bakteri kolayca yayılabilir.
Genellikle virüsler, kontamine olmuş bir yüzeye dokunduktan sonra elimizi gözümüze, burnumuza veya ağzımıza götürdüğümüzde bulaşır. Elbette yüzeyleri kimyasal ürünlerle temizlemek mümkün. Ancak bu ürünlerin etkisi zamanla kaybolabilir, çevreye zarar verebilir veya mikropların ilaçlara karşı direnç kazanmasına yol açabilir.
Yaptığımız yeni bir çalışmada, böcek kanatlarının nano-doku yüzeyini taklit eden, mikroskobik boyutlarda (metrenin milyarda biri büyüklüğünde) nano özelliklere sahip ince bir plastik film geliştirdik. Bu film, özellikle insan parainfluenza virüsü tip 3 (hPIV-3) gibi virüsleri fiziksel olarak parçalayabiliyor.
Bu yeni malzeme, telefonlar ve hastane ekipmanları gibi yüzeylerden hastalık yayılma olasılığını azaltmak için ucuz ve ölçeklenebilir bir yol sunuyor. Virüslerin yüzeyler aracılığıyla yayılmasıyla mücadelede kullanılan mevcut yöntemler genellikle kirleri temizlemeye ve gizli kirleticileri gidermek için dezenfekte etmeye odaklanıyor.
Dezenfektanların mikropları öldürmesi için belirli bir süre ıslak kalması gerekiyor ki bu da gerçek dünya koşullarında zorlayıcı olabiliyor. Ayrıca yüzeyler, başka insanlar dokunduğunda hızla yeniden kontamine olabilir. Dezenfeksiyon işlemleri ise genellikle ekipmana ve çevreye zarar verebilecek sert kimyasalların kullanımını gerektiriyor.
Bilim insanları daha önce de antiviral yüzey modifikasyonları geliştirmişti. Bu stratejilerde genellikle grafen veya tanen gibi maddeler kişisel koruyucu ekipmanlara entegre ediliyordu. Bu kaplamalar etkili olsalar da, kimyasal sızıntılar nedeniyle insan sağlığı ve çevre için risk oluşturabiliyor ve aktif bileşenlerin gücü azaldıkça etkinlikleri zamanla düşüyor.
Virüs parçalayan bir yüzey geliştirme yolculuğumuz on yıldan fazla önce başladı. Başlangıçta, mikropların sadece kayıp gideceği kadar pürüzsüz bir yüzey mühendisliği yapmayı hedefliyorduk. Ancak şaşırtıcı bir şekilde tam tersiyle karşılaştık: Bakteriler, nano ölçekte pürüzsüz yüzeylere oldukça kolay yapışıyor.
Doğa, bakterisiz yüzey örnekleri sunuyor. Örneğin, çekirge ve yusufçuk böceklerinin suyu iten kanatları düşünün. Bu kanatlar kendi kendini temizlese de, bakterileri uzaklaştırmaktan çok doğal birer antibakteriyel ajan gibi davranıyorlar. Yani bakterileri öldürüyorlar.
Doğal antibakteriyel ajanlar, mikropların büyümesini engellemek yerine onları öldüren doğadan türetilmiş maddelerdir. Yaptığımız deneyler, altınla kaplı böcek kanatlarıyla bu bakteri öldürme etkisinin yüzey kimyasından değil, topografyadan kaynaklandığını doğruladı. Yüzeydeki fiziksel nanoyapılar, bakteriyel hücre zarlarını gererek yırtılmalarına neden oluyor.
Daha önceki çalışmalarımız, nano-dikenciklerle kaplı silikonun temas halinde virüsleri etkili bir şekilde yok ettiğini göstermişti. Ancak bu malzemenin sert yapısı, karmaşık nesneler üzerindeki kullanımını kısıtlıyordu.
Bu yeni çalışmamızda, hafif, uygun maliyetli ve esnek bir virüs parçalama malzemesi yaratarak bu sorunu ele aldık. Bu malzeme, binlerce ultra-ince pilil ile kaplı ince bir akrilik filmden oluşuyor. Nano-dokuya sahip bu malzemeler dokunulduğunda pürüzsüz hissediliyor. Ancak bu nanopilller, bir virüsün dış kabuğunu yakalayıp gererek yırtılmasına neden oluyor. Bu işlem, mekanik kuvvet yoluyla virüsleri öldürüyor.
Bronşiyolit ve zatürreye neden olan hPIV-3 ile yapılan laboratuvar testlerinde, virüs parçacıklarının %94'üne kadarının bu malzemeyle temas ettikten sonra bir saat içinde parçalandığı veya ölümcül şekilde hasar gördüğü tespit edildi. Nanopiller arasındaki mesafenin yüksekliklerinden çok daha önemli olduğunu, yaklaşık 60 nanometre aralıklı sıkıca paketlenmiş pilllerin en iyi sonucu verdiğini keşfettik.
Bu malzemeyi oluşturmak için kullandığımız kalıp, gıda ambalajından toplu taşıma sistemlerine, hastane ekipmanlarından ofis masalarına kadar geniş endüstriyel fırsatlar sunacak şekilde kolayca ölçeklenebilir. Nano-yapılandırılmış yüzeyler dayanıklılık için tasarlanmış olsa da, herhangi bir malzeme gibi fiziksel, kimyasal ve çevresel streslere maruz kalırlar ve zamanla bozulabilirler.
Bakterisiz yüzeyler arayışında keşfedilecek çok şey var. Ancak bu nano-dokuya sahip yüzeyler, virüslere karşı mücadelede muazzam bir potansiyele sahip ve geleneksel, kimyasal bazlı yöntemlere bir alternatif sunuyor.
