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Gesundheit

Nanotechnologien gegen Covid-19

Lesezeit: 5 Minuten

 

von Regis Barille, Universität von Angers

Im aktuellen Kontext der Gesundheitskrise können nanoskalige Technologien (Nanotechnologien) zur Bekämpfung des Virus eingesetzt werden. Sie haben ein enormes Potenzial bei der Diagnose, Behandlung und Prävention von Covid-19.

Nanotechnologien können helfen, Covid-19 durch verschiedene Ansätze zu bekämpfen: Beobachtung von Viren mit Instrumenten, deren Auflösung an die Größe des Virus angepasst ist, und Entfernung von Viruskontaminationen.

Insbesondere von:

  • Entwicklung von infektionssicherer persönlicher Schutzausrüstung (PSA) zur Verbesserung der Sicherheit von Mitarbeitern des Gesundheitswesens und Entwicklung wirksamer antiviraler Desinfektionsmittel und Oberflächenbeschichtungen, die das Virus inaktivieren und seine Ausbreitung verhindern können.
  • Das Design hochspezifischer und empfindlicher Nanosensoren zur schnellen Identifizierung von Infektionen oder immunologischen Reaktionen.
  • Die Entwicklung neuer Medikamente mit verbesserter Aktivität, verringerter Toxizität und verzögerter Freisetzung sowie von Zielgeweben, beispielsweise für die Lunge.
  • Die Entwicklung einer auf Nanotechnologie basierenden Impfung zur Stimulierung humoraler und zellulärer Immunantworten.

Einsatz von Nanotechnologien zur Viruserkennung und -diagnose

Es ist schwer vorstellbar, wie diese Viren sichtbar gemacht werden können. Erstens gibt es ein Instrument in der Physik, das sehr nützlich ist, um Objekte mit nanometrischen Größen zu untersuchen Rasterkraftmikroskop (Rasterkraftmikroskop).

Das Prinzip basiert auf einer 7 bis 15 Nanometer (nm) hohen Siliziumspitze, mit der die Kontaktfläche abgetastet werden kann. 1 nm entspricht 1 Meter geteilt durch 1 Milliarde und 1 Milliarde entspricht einer Zählung von 30 Jahren pro Sekunde. Die Verschiebungen werden mit einem Laser gemessen, der auf der Oberfläche der Spitze reflektiert wird und der die Variationen von Topografien unter Verwendung einer Fotodiode misst, deren Oberfläche in 4 Quadranten unterteilt ist. Die Informationen werden dann von der Elektronik verarbeitet, um ein Bild zu rekonstruieren. Eine andere Verwendung dieses Mikroskops besteht darin, auf die Oberfläche zu drücken und zu beobachten, wie sich die Spitze in das Material gräbt. Auf diese Weise messen wir die Kraft, die zum Drücken erforderlich ist. Diese Informationen werden verwendet, um die Härte des Materials zu erhalten.

Maßnahmen am AFM des SARS-CoV-2-Virions wurden hergestellt. Das Virion ist das Viruspartikel, das aus einer Nukleinsäure und einer Schutzhülle besteht. Aufgrund der Flexibilität und schnellen Bewegung der Proteine ​​an der Spitze präsentiert es eine dynamische Bürste auf der Oberfläche. Diese Virionen sind sehr flexibel und können sich von erheblichen mechanischen Störungen erholen. Die Oberfläche des Virions wird bei thermischer Einwirkung allmählich frei von Spitzen. Die AFM-Messung des Virions ergibt eine Höhe von 62 nm. Die Anzahl der die Oberfläche bedeckenden Spikes liegt bei 61 (350 für das Influenzavirus), diese Anzahl ist jedoch während des Reifungsprozesses in der infizierten Zelle variabel und vor allem sehr dynamisch. Ihre Höhe beträgt ca. 13 nm und sie sind um 21 nm voneinander getrennt.

Ein anderer Instrumententyp, der Nanotechnologie verwendet, sind Biosensorplattformen, die auf Oberflächenplasmonresonanz (SPR) basieren (die die Farbe von Buntglas in Kathedralen angibt). Diese hochempfindliche optische Technik erfasst Änderungen des Brechungsindex an der Grenzfläche einer wenigen Nanometer dicken dünnen Metallschicht und ermöglicht so die Überwachung biochemischer Wechselwirkungen in Echtzeit. Der Sensor kann jede Änderung von Indizes auf der Oberfläche der Metallschicht über Höhen von wenigen Nanometern messen.

Das Oberflächenplasmon / Clément Chauvin.

Basierend auf der erfolgreichen Leistung von SPR-basierten Biosensoren wurde ein verbessertes Gerät entwickelt kürzlich berichtet für SARS-CoV-2. Variationen des Brechungsindex von einigen zehn Millionstel konnten festgestellt werden. Andere Biosensoren nach einem ähnlichen Prinzip der Plasmonresonanz und unter Verwendung der Erwärmung von Metallpartikeln an der Oberfläche konnten eine untere Nachweisgrenze bis zu einer Konzentration von 0,22 Pico-Mol erreichen.

Desinfektion von Oberflächen und persönlicher Schutzausrüstung

Experimentelle Ergebnisse Kürzlich veröffentlichte Studien zur Stabilität von SARS-CoV-2 zeigten eine größere Persistenz auf glatten Oberflächen im Vergleich zu porösen Oberflächen: 2 Tage auf Edelstahl und 3 Tage auf einer Kunststoffoberfläche. Andererseits wurde nach 3 Stunden Inkubation auf Druck- und Seidenpapier und nach einem Tag auf Karton und 2 Tagen auf Stoff kein infektiöses Virus gewonnen. Er hat wurde mehr gezeigt dass der Effekt der Oberflächenporosität mit Poren von wenigen Nanometern ein Faktor ist.

Die schnellere Deaktivierung poröser Materialien könnte mit einer schnelleren Trocknung des Virus zusammenhängen, da das kondensierte Wasser vom Virus auf die umgebende poröse Oberfläche gespült werden kann. Zusätzlich können Faseroberflächen trocknende Tröpfchen mechanisch komprimieren und möglicherweise die Viruspartikel im Inneren verzerren und beschädigen.

Das Auffinden von Materialien, die bei Kontakt Bakterien und Viren abtöten können, ist entscheidend, um die Ausbreitung von Ansteckung zu verhindern. Polymere können durch Zugabe von Bioziden mit antimikrobiellen Eigenschaften ausgestattet werden, was zu dauerhaft sterilen Oberflächen führt. Silber- oder Kupferoberflächen sind seit dem alten Ägypten auch für ihre antibakteriellen und antiviralen Aktivitäten bekannt. Ein Schlüsselmechanismus dieser Metalle ist die langsame Freisetzung von Cu2 + - und Ag + -Kationen an die Oberfläche, die die Membran und die Nukleotide von Viren schädigen können. Kürzlich wurden die antibakteriellen und antiviralen Eigenschaften von nanostrukturierten Aluminiumoberflächen gezeigt, die von der Architektur der Insektenflügel inspiriert sind.

Das Problem der Luftinfektion durch die Zirkulation von SARS-CoV-2 in Aerosolen, insbesondere an öffentlichen Orten und in WCs. Die Nanotechnologie ermöglicht die Herstellung von Kupfer- oder Silbernanopartikeln sowie deren Einbau in Oberflächen, Textilien von Schutzausrüstung (PSA) sowie Luft- und Wasserfilter zur In-situ-Inaktivierung gefilterter Krankheitserreger, wodurch das Risiko von Manipulationen am Filter minimiert und deren Begrenzung begrenzt wird Übertragung in die Umwelt.

Die Viruzidität von Nanopartikeln hängt in erster Linie von ihren physikalischen Eigenschaften wie geringer Größe, hoher spezifischer Oberfläche und Oberflächenladung ab, die ein Eindringen in die Membran, eine starke Absorption der antiviralen Ladung bzw. eine Bindung ermöglichen. Zweitens haben sie wichtige biomimetische Eigenschaften für die Bindung an Viruspartikel oder Wirtszellen. Nanopartikel können auch antivirale Assets einkapseln und die Nutzlast an der gewünschten Stelle freisetzen, was die Medikamentendosierung, Bioverfügbarkeit, Zirkulationszeit und Stabilität verbessert.

Wasseraufbereitungsmembranen spielen wie Luftfilter eine wichtige Rolle bei der Desinfektion von Krankenhausabwässern und mit Bakterien und Viren kontaminiertem Trinkwasser. Fortgeschrittene Filtersysteme können antimikrobielle Metallnanopartikel mit Übergangsmetallen (Ag, Cu, CuO, Zn, Fe (II) usw.), aber auch andere Kohlenstoffnanomaterialien wie Aktivkohle, Kohlenstoffquantenpunkte (CQD) (einige zehn) enthalten Nanometer), Nanodiamanten (ND), mehrwandige oder einwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT oder SWCNT), Graphen und Graphenoxid (GO).

Halbleiter sind eine interessante Materialklasse zur Bekämpfung von Virusinfektionen, da sie durch Wechselwirkung mit Licht virusabtötende Radikale produzieren können. Dieser Prozess wird allgemein als photodynamische Hemmung (PDI) von Viren und anderen Mikroben bezeichnet und wird sowohl von anorganischen Halbleiternanopartikeln als auch von organischen photosensibilisierenden Verbindungen (PS) aktiviert. Diese Wechselwirkungen können möglicherweise Viruskomponenten wie Membran, Proteine ​​und DNA / RNA schädigen.

Photodynamische Therapie erklärt durch Obst und Gemüse / Epinoia Prod.

Anorganische Photosensibilisatoren wie Halbleiternanopartikel in Form von Metalloxid-TiO2, ZnO, SnO2, ZnO2, ZrO2, Quantenpunkten CdS und CdSe / ZnS (QD) weisen starke photokatalytische Eigenschaften mit bioziden Wirkungen auf Keime, Bakterien, Pilze und Viren auf. Die Zielanwendungen dieser Verbindungen sind zweierlei: Desinfektion von Abwasser und Imprägnierung von festen und textilen Oberflächen zur Selbsthygiene.

Die Nanotechnologie ist ein leistungsstarkes multidisziplinäres Instrument, das Strategien bietet, die einen wesentlichen Beitrag zur Förderung von Forschungsprojekten auf der ganzen Welt gegen diese tödliche Infektionskrankheit Covid-19 leisten können.Das Gespräch

Regis Barille, Professor für Physik an der Universität von Angers, Universität von Angers

Dieser Artikel wurde von neu veröffentlicht Das Gespräch unter Creative Commons Lizenz. Lesen Sie dieOriginalartikel.

 

© Abbildung Foto: Rasterkraftmikroskop. Brookhaven National Laboratory Follow / Flickr

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