Bilyalı öğütme, ucuz inorganik malzemelerin antiviral aktivitesini artırır

COVID-19 salgınından bu yana, temas halinde virüsleri etkisiz hale getirebilecek yüzeyler geliştirmek, halk sağlığı hizmetlerinde önemli bir hedef haline geldi. İdeal olarak bu tür yüzeyler, kimyasal dezenfektanlara ihtiyaç duymadan kendi başlarına çalışabilir, böylece hastanelerde, toplu taşıma araçlarında ve diğer ortak alanlarda tutarlı koruma sağlayabilirler. Bu, dünya çapındaki bilim adamlarını günlük yüzeylerde kullanılabilecek dayanıklı antiviral malzemeler aramaya yöneltti.

Çeşitli seçenekler halihazırda geliştirilmiş ve üzerinde çalışılmış olmasına rağmen, önemli sınırlamalarla birlikte gelirler. Gümüş veya bakır bazlı antiviral malzemeler etkilidir; ancak zamanla renk değişikliği ve performans kaybı yaşarlar ve gümüş de pahalıdır.

Bu arada, nadir toprak elementlerine dayananlar, gerekli hammaddelerin dünya çapında eşit olmayan bir şekilde dağıtılması nedeniyle tedarik ve maliyet riskleri oluşturuyor. Şimdiye kadar, dünyada bol miktarda bulunan elementlerden yapılan ucuz ama oldukça etkili malzemelere ilişkin raporlar çok azdı.

Antiviral oksitlere giden daha basit bir yol

Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Japonya Bilim Enstitüsü (Bilim Tokyo), Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Malzeme ve Kimyasal Teknoloji Okulu, Malzeme Bilimi ve Kimyasal Teknoloji Bölümü’nden profesör Akira Nakajima ve yüksek lisans öğrencisi Kotaro Miyazaki liderliğindeki bir araştırma ekibi, basit bir mekanokimyasal tedavinin manganez (Mn) bazlı kompleks oksitlerin antiviral performansını geliştirip geliştiremeyeceğini araştırdı.

Çevrimiçi olarak yayınlanan çalışmaları RSC MekanokimyasıJaponya’nın Kanagawa Endüstriyel Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (KISTEC) Yeni Nesil Yaşam Bilimi Teknoloji Geliştirme Projesi ile işbirliği içinde yürütüldü.

Ekip ilk olarak her biri farklı bir ortak elementle (çinko, bakır, itriyum ve bizmut) eşleştirilmiş dört Mn oksit hazırladı ve ZnMn elde etti.₂O₄CuMn₂O₄YMnO₃ ve BiMn₂O₅sırasıyla.

Daha sonra her bir malzeme, parçacıkları çok daha küçük parçalara ayıran ve yüzeylerini yeniden şekillendiren bir işlem olan etanol ile birlikte bir bilyalı değirmende öğütüldü. Araştırmacılar, öğütülmüş ve bozulmamış malzemelerin, grip ve SARS-CoV-2’ye benzer bir dış zarfa sahip bir virüs olan Φ6 adlı bir bakteriyofajı ne kadar iyi etkisiz hale getirebileceğini test etti.

Bakır oksit en büyük sıçramayı gösterdi

Frezeleme, test edilen her malzemede antiviral performansı, yalnızca yüzey alanındaki artışla açıklanabilecek olanın çok ötesinde artırdı. Nakajima’nın söylediği gibi bakır içeren oksit göze çarpıyordu: “CuMn₂O₄ birim yüzey alanı başına antiviral aktivitede, işlenmemiş malzemenin 5.000 katını aşan olağanüstü bir artış sergiledi.”

Ayrıntılı analiz, öğütmenin, parçacık yüzeyleri üzerinde Lewis asit bölgeleri adı verilen yeni kimyasal olarak reaktif noktalar oluşturduğunu gösterdi. Bu bölgelerin, virüslerin dış yapılarına bağlanarak virüsleri yakaladığı ve Mn kaynaklı oksidasyon reaksiyonlarının viral yüzey lipitlerine ve proteinlerine daha verimli bir şekilde zarar vermesine olanak sağladığına inanılıyor.

CuMn durumunda₂O₄Araştırmacılar ayrıca etanolde öğütme sırasında oluşan yüzey etoksi gruplarının antiviral performansı daha da arttırdığını buldu.

Daha güvenli kullanıma sahip düşük maliyetli malzemeler

Mn ucuz ve yaygın olarak bulunabildiği için bu yaklaşım, uygun maliyetli antiviral kaplamaların geliştirilmesini destekleyebilir.

Nakajima, “Bulgularımız, etanolde bilyeli öğütmenin Mn bazlı kompleks oksitlerin antiviral performansını önemli ölçüde artırmak için etkili bir yöntem olduğunu gösteriyor. Bu çalışma, düşük maliyetli, yüksek performanslı inorganik antiviral malzemelerin geliştirilmesi için yeni bir tasarım stratejisi sunuyor.”

İşlenen materyaller hücrelere karşı hiçbir toksisite göstermediğinden, daha güvenli kamusal ortamlara doğru pratik bir yol sunabilirler.