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健康

Covid-19に対するナノテクノロジー

 

パー レジス・バリル, アンジェ大学

健康危機の現在の状況では、ナノスケール技術(ナノテクノロジー)を使用してウイルスと戦うことができます。 それらは、Covid-19の診断、治療、予防において大きな可能性を秘めています。

ナノテクノロジーは、さまざまなアプローチを通じてCovid-19と戦うのに役立ちます。ウイルスのサイズに合わせて解像度が調整された機器を使用してウイルスを観察し、ウイルス汚染を除去します。

特に:

  • 医療従事者の安全性を向上させるための感染防止個人用保護具(PPE)の設計、およびウイルスを不活化し、その拡散を防ぐことができる効果的な抗ウイルス消毒剤と表面コーティングの開発。
  • 感染または免疫反応を迅速に特定するための、特異性が高く感度の高いナノセンサーの設計。
  • 活性が改善され、毒性が減少し、放出が持続する新薬の開発、ならびに例えば肺への標的組織。
  • 体液性および細胞性免疫応答を刺激するためのナノテクノロジーベースのワクチン接種の開発。

ウイルスの検出と診断のためのナノテクノロジーの使用

これらのウイルスをどのように視覚化できるか想像するのは難しいです。 まず第一に、物理学には、ナノメートルサイズの物体を探査するのに非常に役立つ機器があります。 原子間力顕微鏡 (原子間力顕微鏡)。

この原理は、高さ7〜15ナノメートル(nm)のシリコンチップに基づいており、接触している表面をスキャンできます。 1 nmは1メートルを1億で割ったものに相当し、1億は毎秒30年間のカウントに相当します。 変位は、チップの表面で反射され、表面が4つの象限に分割されたフォトダイオードを使用してトポグラフィの変化を測定するレーザーで測定されます。 次に、情報は電子機器によって処理され、画像が再構築されます。 この顕微鏡のもうXNUMXつの用途は、表面を押して、先端がどのように材料に食い込むかを観察することです。 このようにして、押すのにかかる力を測定します。 この情報は、材料の硬度を取得するために使用されます。

AFMでの対策 SARS-CoV-2ビリオンが作られました。 ビリオンは、核酸と保護エンベロープで構成されるウイルス粒子であり、先端のタンパク質の柔軟性と迅速な動きにより、表面に動的なブラシを提示します。 これらのビリオンは非常に柔軟性があり、重大な機械的障害から回復することができます。 ビリオンの表面は、熱にさらされると徐々にスパイクがなくなります。 ビリオンのAFM測定では、62nmの高さが得られます。 表面を覆うスパイクの数は約61(インフルエンザウイルスの場合は350)ですが、この数は感染細胞の成熟過程で変動し、とりわけ非常に動的です。 それらの高さは約13nmで、21nm離れています。

ナノテクノロジーを使用する別のタイプの機器は、表面プラズモン共鳴(SPR)(大聖堂のステンドグラスの窓の色を与えるもの)に基づくバイオセンサープラットフォームです。 この非常に感度の高い光学技術は、数ナノメートルの厚さの金属の薄層の界面で発生する屈折率の変化を検出し、生化学的相互作用をリアルタイムで監視できるようにします。 センサーは、数ナノメートルの高さにわたる金属層の表面の屈折率の変化を測定することができます。

表面プラズモン/クレマンショーヴァン。

SPRベースのバイオセンサーの成功した性能に基づいて、改良されたデバイスは 最近報告された SARS-CoV-2の場合。 数千万分の0,22の屈折率の変化を検出することができました。 プラズモン共鳴の同様の原理を持ち、表面で金属粒子の加熱を使用する他のバイオセンサーは、XNUMXピコモルの濃度までのより低い検出限界を得ることができた。

表面および個人用保護具の消毒

実験結果 SARS-CoV-2の安定性について最近発表されたものは、多孔質表面と比較して滑らかな表面でより大きな持続性を示しました。ステンレス鋼で2日、プラスチック表面で3日です。 一方、印刷紙や絹紙で3時間、段ボールで2日、布地でXNUMX日培養しても、感染性ウイルスは回収されませんでした。 彼は持っています もっと示されている 数ナノメートルの細孔を持つ表面の多孔性の影響が要因であること。

凝縮した水がウイルスから周囲の多孔質表面に洗い流される可能性があるため、多孔質材料で見られるより速い失活は、ウイルスのより速い乾燥に関連している可能性があります。 さらに、繊維表面は乾燥液滴を機械的に圧縮し、内部のウイルス粒子を歪ませて損傷させる可能性もあります。

接触すると細菌やウイルスを殺すことができる材料を見つけることは、伝染の広がりを防ぐために重要です。 ポリマーは、永久的な無菌表面をもたらす殺生物剤の添加によって抗菌特性を与えることができます。 銀や銅の表面は、古代エジプト以来、抗菌作用や抗ウイルス作用でよく知られています。 これらの金属の重要なメカニズムは、表面へのCu2 +およびAg +カチオンの徐放であり、ウイルスの膜およびヌクレオチドに損傷を与える可能性があります。 昆虫の翅の構造に触発されたナノ構造のアルミニウム表面の抗菌および抗ウイルス特性が最近示されました。

特に公共の場所やトイレでのエアロゾル中のSARS-CoV-2の循環を介した空中感染の問題。 ナノテクノロジーにより、銅または銀のナノ粒子を製造し、それらを表面、保護具(PPE)の繊維、およびろ過された病原体をその場で不活化するための空気および水フィルターに組み込むことが可能になります。これにより、フィルターを改ざんするリスクを最小限に抑えながら制限します。環境へのそれらの伝達。

ナノ粒子の毒性は、まず第一に、膜の浸透、抗ウイルス電荷の強力な吸収、および結合をそれぞれ可能にする、小さいサイズ、高い比表面積、および表面電荷などの物理的特性に依存します。 第二に、それらはウイルス粒子または宿主細胞に結合するための重要な生体模倣特性を持っています。 ナノ粒子はまた、抗ウイルス資産をカプセル化し、目的の部位でペイロードを放出することができます。これにより、薬剤の投与量、バイオアベイラビリティ、循環時間、および安定性が向上します。

エアフィルターと同様に、水処理膜は病院の排水やバクテリアやウイルスで汚染された飲料水の消毒に重要な役割を果たします。 高度なフィルタリングシステムには、遷移金属(Ag、Cu、CuO、Zn、Fe(II)など)を含む抗菌金属ナノ粒子だけでなく、活性炭、カーボンナノチューブドット(CQD)などの他のカーボンナノ材料も含めることができます。ナノメートル)、ナノダイヤモンド(ND)、多層または単層カーボンナノチューブ(MWCNTまたはSWCNT)、グラフェンおよびグラフェンオキシド(GO)。

半導体は、光との相互作用によってウイルスを殺すラジカルを生成できるため、ウイルス感染と戦うための興味深いクラスの材料です。 このプロセスは、一般にウイルスやその他の微生物の光線力学的阻害(PDI)と呼ばれ、無機半導体ナノ粒子と有機光増感化合物(PS)の両方によって活性化されます。 これらの相互作用は、膜、タンパク質、DNA / RNAなどのウイルス成分に損傷を与える可能性があります。

果物と野菜によって説明される光線力学療法/エピノイア製品。

金属酸化物TiO2、ZnO、SnO2、ZnO2、ZrO2、量子ドットCdSおよびCdSe / ZnS(QD)の形の半導体ナノ粒子などの無機光増感剤は、細菌、細菌、真菌、ウイルスに殺生物効果を持つ強力な光触媒特性を示します。 これらの化合物の対象となる用途はXNUMXつあります。廃水の消毒と、自己衛生のための固体および繊維表面の含浸です。

ナノテクノロジーは強力な学際的ツールであり、Covid-19であるこの致命的な感染症に対する世界中の研究プロジェクトの推進に大きく貢献できる戦略を提供します。会話

レジス・バリル、アンジェ大学の物理学教授、 アンジェ大学

この記事はから再発行されています 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で。 を読む原著.

 

©イラスト写真:原子間力顕微鏡。 ブルックヘブン国立研究所フォロー/ Flickr

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