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Covid-19에 대한 나노 기술

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레지스 바릴, 앙제 대학교

현재 건강 위기의 맥락에서 나노 규모의 기술 (나노 기술)을 사용하여 바이러스를 퇴치 할 수 있습니다. 그들은 Covid-19의 진단, 치료 및 예방에 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

나노 기술은 다양한 접근 방식을 통해 Covid-19와 싸우는 데 도움이 될 수 있습니다. 해상도가 바이러스 크기에 맞게 조정 된 기기를 사용하여 바이러스를 관찰하고 바이러스 오염을 제거합니다.

특히 :

  • 의료 종사자의 안전을 개선하고 바이러스를 비활성화하고 확산을 방지 할 수있는 효과적인 항 바이러스 소독제 및 표면 코팅을 개발하기위한 감염 안전 개인 보호 장비 (PPE) 설계.
  • 감염 또는 면역 반응을 신속하게 식별하기위한 매우 특이적이고 민감한 나노 센서의 설계.
  • 개선 된 활성, 감소 된 독성 및 지속 방출, 예를 들어 폐에 대한 표적 조직을 가진 신약 개발.
  • 체액 성 및 세포 성 면역 반응을 자극하기위한 나노 기술 기반 백신의 개발.

바이러스 탐지 및 진단을위한 나노 기술 사용

이러한 바이러스를 어떻게 시각화 할 수 있는지 상상하기 어렵습니다. 우선, 나노 미터 크기의 물체를 조사하는 데 매우 유용한 물리학 도구가 있습니다. 원자력 현미경 (원자력 현미경).

원리는 7 ~ 15 나노 미터 (nm) 높이의 실리콘 팁을 기반으로하여 접촉면을 스캔 할 수 있습니다. 1nm는 1 미터를 1 억으로 나눈 값에 해당하고 1 억은 매초 30 년 동안 계산하는 것에 해당합니다. 변위는 팁 표면에 반사되는 레이저로 측정되며 표면이 4 사분면으로 분할 된 포토 다이오드를 사용하여 지형 변화를 측정합니다. 그런 다음 정보는 전자 장치에서 처리되어 이미지를 재구성합니다. 이 현미경의 또 다른 용도는 표면을 누르고 팁이 재료를 파고 드는 방식을 관찰하는 것입니다. 이런 식으로 우리는 누르는 데 걸리는 힘을 측정합니다. 이 정보는 재료의 경도를 얻는 데 사용됩니다.

AFM에서 측정 SARS-CoV-2 비리 온이 만들어졌습니다. 비리 온은 핵산과 보호막으로 구성된 바이러스 입자로, 팁에서 단백질의 유연성과 빠른 움직임으로 인해 표면에 동적 브러시를 제공합니다. 이러한 비리 온은 매우 유연하며 심각한 기계적 장애로부터 회복 할 수 있습니다. virion의 표면은 열에 노출되면 점차 스파이크가 드러나지 않습니다. virion의 AFM 측정은 62 nm의 높이를 제공합니다. 표면을 덮는 스파이크의 수는 약 61 개 (인플루엔자 바이러스의 경우 350 개)이지만이 숫자는 감염된 세포의 성숙 과정에서 가변적이며 무엇보다도 매우 역동적입니다. 높이는 약 13nm이며 21nm로 분리됩니다.

나노 기술을 사용하는 또 다른 유형의 기기는 표면 플라즈몬 공명 (SPR) (성당에서 스테인드 글라스의 색상을 제공하는 것)에 기반한 바이오 센서 플랫폼입니다. 이 고감도 광학 기술은 수 나노 미터 두께의 얇은 금속층 계면에서 발생하는 굴절률의 변화를 감지하여 생화학 적 상호 작용을 실시간으로 모니터링 할 수 있습니다. 센서는 수 나노 미터 높이에 걸쳐 금속층 표면의 인덱스 변화를 측정 할 수 있습니다.

표면 플라스 몬 / 클레망 쇼뱅.

SPR 기반 바이오 센서의 성공적인 성능을 바탕으로 개선 된 장치가 최근보고 SARS-CoV-2의 경우. 몇 천만 분의 0,22의 굴절률 변화를 감지 할 수 있습니다. 유사한 플라즈몬 공명 원리를 사용하고 표면에서 금속 입자를 가열하는 다른 바이오 센서는 XNUMX 피코 몰 농도까지 낮은 검출 한계를 얻을 수있었습니다.

표면 및 개인 보호 장비의 소독

실험 결과 최근 발표 된 SARS-CoV-2의 안정성은 다공성 표면에 비해 매끄러운 표면에서 더 큰 지속성을 보여주었습니다. 스테인리스 스틸에서 2 일, 플라스틱 표면에서 3 일. 한편, 인쇄 및 실크 종이에 3 시간 배양 한 후, 판지에 하루, 직물에 2 일 후에 감염성 바이러스가 발견되지 않았다. 그는 가지고있다 더 많이 보여졌다 수 나노 미터의 기공이있는 표면 다공성의 영향이 요인이라는 것입니다.

다공성 물질에서 보이는 빠른 비활성화는 응축 된 물이 바이러스에서 주변 다공성 표면으로 플러시 될 수 있기 때문에 바이러스의 빠른 건조와 관련이있을 수 있습니다. 또한 섬유 표면은 건조 방울을 기계적으로 압축하여 잠재적으로 내부의 바이러스 입자를 왜곡하고 손상시킬 수 있습니다.

접촉시 박테리아와 바이러스를 죽일 수있는 물질을 찾는 것은 전염의 확산을 방지하는 데 중요합니다. 폴리머는 살균제를 첨가하여 항균성을 부여하여 영구적 인 멸균 표면을 만들 수 있습니다. 은 또는 구리 표면은 또한 고대 이집트부터 항균 및 항 바이러스 활동으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 금속의 핵심 메커니즘은 Cu2 + 및 Ag + 양이온이 표면으로 천천히 방출되어 바이러스의 막과 뉴클레오티드를 손상시킬 수 있다는 것입니다. 최근 곤충 날개 구조에서 영감을받은 나노 구조 알루미늄 표면의 항균 및 항 바이러스 특성이 밝혀졌습니다.

에어로졸, 특히 공공 장소 및 화장실에서 SARS-CoV-2의 순환을 통한 공중 감염 문제. 나노 기술을 통해 구리 또는은 나노 입자를 제조 할 수 있으며, 여과 된 병원균의 현장 불 활성화를 위해 표면, 보호 장비 (PPE) 및 공기 및 물 필터에이를 통합 할 수 있으므로 필터를 조작 할 위험을 최소화하면서 필터를 제한 할 수 있습니다. 환경으로의 전염.

나노 입자의 유독성은 우선 작은 크기, 높은 비 표면적 및 표면 전하와 같은 물리적 특성에 따라 달라지며, 이는 각각 막 침투, 항 바이러스 전하의 강한 흡수 및 결합을 허용합니다. 둘째, 바이러스 입자 또는 숙주 세포에 결합하는 데 중요한 생체 모방 특성이 있습니다. 나노 입자는 또한 항 바이러스 자산을 캡슐화하고 원하는 부위에서 페이로드를 방출하여 약물 투여 량, 생체 이용률, 순환 시간 및 안정성을 개선 할 수 있습니다.

공기 필터와 마찬가지로 수처리 멤브레인은 병원 폐수와 박테리아 및 바이러스로 오염 된 식수를 소독하는 데 중요한 역할을합니다. 고급 필터링 시스템에는 전이 금속 (Ag, Cu, CuO, Zn, Fe (II) 등)이 포함 된 항균성 금속 나노 입자뿐만 아니라 활성탄, 탄소 양자점 (CQD) '(수십 개)과 같은 기타 탄소 나노 물질도 포함될 수 있습니다. 나노 다이아몬드 (ND), 다중 벽 또는 단일 벽 탄소 나노 튜브 (MWCNT 또는 SWCNT), 그래 핀 및 산화 그래 핀 (GO).

반도체는 빛과 상호 작용하여 바이러스를 죽이는 라디칼을 생성 할 수 있기 때문에 바이러스 감염과 싸우는 흥미로운 물질입니다. 이 과정은 일반적으로 바이러스 및 기타 미생물의 광역 학적 억제 (PDI)라고하며 무기 반도체 나노 입자와 유기 광 감작 화합물 (PS)에 의해 활성화됩니다. 이러한 상호 작용은 막, 단백질 및 DNA / RNA와 같은 바이러스 구성 요소를 잠재적으로 손상시킬 수 있습니다.

과일과 채소가 설명하는 광 역학 치료 / Epinoia Prod.

금속 산화물 TiO2, ZnO, SnO2, ZnO2, ZrO2, 양자점 CdS 및 CdSe / ZnS (QD) 형태의 반도체 나노 입자와 같은 무기 감광제는 세균, 박테리아, 곰팡이 및 바이러스에 대한 살 생물 효과와 함께 강력한 광촉매 특성을 나타냅니다. 이러한 화합물의 목표 응용 분야는 폐수 소독과자가 위생을위한 고체 및 직물 표면 함침의 두 가지입니다.

나노 기술은 Covid-19 인이 치명적인 전염병에 대한 전 세계 연구 프로젝트의 홍보에 상당한 기여를 할 수있는 전략을 제공하는 강력한 다 분야 도구입니다.대화

레지스 바릴, University of Angers 물리학 교수, 앙제 대학교

이 기사는에서 재발행된다 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에. 읽기원본 기사.

 

© 삽화 사진 : 원자력 현미경. Brookhaven 국립 연구소 팔로우 / Flickr

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