Наноразмерные тонкопленочные системы меди и серебра демонстрируют различия в противовирусных и антибактериальных свойствах

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7193 (2022) Цитировать эту статью

2856 Доступов

9 цитат

157 Альтметрика

Подробности о метриках

Нынешняя пандемия коронавирусной болезни 19 (COVID-19) продемонстрировала необходимость в простых и эффективных стратегиях профилактики, которые можно быстро реализовать для снижения риска заражения. Различные поверхности имеют давнюю историю антимикробных свойств и хорошо известны для предотвращения бактериальных инфекций. Однако их влияние на многие вирусы глубоко не изучено. В контексте COVID-19 некоторые поверхности, в том числе покрытия из меди (Cu) и серебра (Ag), были описаны как эффективные противовирусные меры, которые можно легко применить для замедления передачи вируса. В этом исследовании мы обнаружили противовирусные свойства против коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома-2 (SARS-CoV-2) на поверхностях, которые были покрыты медью методом магнетронного распыления в виде тонких пленок меди или ультратонких биметаллических наночастиц Cu/Ag. Однако никакого влияния Ag на титры вируса не наблюдалось, что явно контрастирует с его хорошо известными антибактериальными свойствами. Дальнейшее улучшение кинетики высвобождения ионов Ag на основе механизма электрохимического жертвенного анода не увеличивало противовирусную активность. Эти результаты ясно демонстрируют, что тонкопленочные системы Cu и Ag демонстрируют значительные различия в противовирусных и антибактериальных свойствах, которые необходимо учитывать при внедрении.

Cu и Ag известны как противомикробные агенты на протяжении веков, однако в последние годы в медицинской сфере эти металлы пережили ренессанс из-за растущего появления микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам. Помимо применения этих металлов в многочисленных потребительских товарах, они используются в различных биоматериалах или в медицинских учреждениях для предотвращения бактериальной колонизации имплантатов и устройств или для поддержки больничных гигиенических процедур для снижения внутрибольничных инфекций. В частности, пандемическое распространение тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса-2 (SARS-CoV-2), вызывающего коронавирусную болезнь 19 (COVID-19), продемонстрировало необходимость эффективных стратегий вмешательства общественного здравоохранения, которые способствуют контролю передачи вируса. Однако разработка противовирусных поверхностей, которые способны инактивировать прилипшие вирусные частицы и тем самым препятствовать передаче вируса с загрязненных поверхностей, является сложной задачей из-за различных свойств микробов по сравнению с вирусами.

И Cu, и Ag обладают широкой антимикробной активностью (бактерии, грибы и вирусы) и с низкой вероятностью вызывают устойчивость микроорганизмов, поскольку оба они воздействуют на широкий спектр мишеней в микроорганизмах1,2,3. Антибактериальная активность Ag тесно связана с высвобождение ионов Ag (Ag+), которые образуются в результате окислительного растворения, в то время как нульвалентное Ag (Ag0), напротив, не оказывает сопоставимой антибактериальной активности2,4,5,6. Ионы Ag+ взаимодействуют с различными биомолекулами внутри клетки, такими как компоненты клеточной мембраны и клеточной стенки, тиоловые лиганды, например, сульфгидрильные группы метаболических ферментов или нуклеиновые кислоты и другие. Кроме того, активные формы кислорода (АФК) генерируются из-за ионов Ag+, что приводит к вредным эффектам окислительного стресса2,7,8. В общем, последствиями являются повреждение биомолекул и последующие клеточные дисфункции, которые в конечном итоге подавляют пролиферацию бактерий вплоть до бактерицидного эффекта. Антибактериальную эффективность Ag можно повысить за счет увеличения площади поверхности, высвобождающей Ag+, с помощью, например, наночастиц Ag9. Кроме того, недавно мы представили концепцию улучшения кинетики высвобождения Ag+, основанную на механизме электрохимического жертвенного анода10,11,12. При сочетании Ag с более благородным металлом (Au, Pt, Pd или Ir) в электролитической среде (например, биологических жидкостях) менее благородный Ag корродирует в пользу более благородной части (им «приносятся в жертву»). Мы продемонстрировали, что такие жертвенные анодные поверхности оказывают гораздо более высокий антибактериальный эффект по сравнению с поверхностями из чистого Ag с гораздо более высоким общим содержанием Ag + из-за усиленного растворения Ag, вызванного электрохимией. Несмотря на то, что антибактериальная активность Ag хорошо изучена, очень немногие исследования описывают противовирусные эффекты Ag, и большинство из них посвящено наночастицам Ag13. Недавно сообщалось о вирулицидном эффекте напыленного композита нанокластеров Ag/кремнезема на лицевые маски14.