Неизбежный подъем антибактериальных и противомикробных материалов

Появление новых инфекционных агентов стало серьезной проблемой – сейчас более чем когда-либо, поскольку мир сталкивается с последствиями для здоровья и экономики, вызванными глобальной пандемией. Разработка и использование противомикробных материалов ожидается только рост, поскольку мы принимаем более строгие меры по контролированию окружающей среды и предотвращению будущих вспышек .

Глобальная индустрия антимикробных покрытий, движимая растущим вниманием к вопросам безопасности и охраны здоровья, ожидает резкого увеличения спроса. , согласно данным Global Market Insights.

В 2017 году рынок антибактериальных материалов и покрытий оценивался более чем в 3 миллиарда долларов. Ожидается, что в период с 2018 по 2024 год совокупный годовой темп роста составит около 12,5 %. , и к концу 2024 года достигнет 7 млрд долларов США.

<рисунок>

Ожидается, что разработка и использование противомикробных материалов будет только расти по мере того, как мы применяем более строгие меры по контролю окружающей среды и предотвращению будущих вспышек.

Инфекционные агенты обычно распространяются через воздушно-капельный возникает при чихании или кашле . Эти жидкости организма могут оседать на поверхностях. , и передача от человека к человеку возможна, если человек прикоснется к этим респираторным каплям.

В исследовании, проведенном Нили и Мэйли, было обнаружено, что такие патогены, как устойчивый к метициллину золотистый стафилококк (MRSA) и устойчивый к ванкомицину энтерококк, выживают в течение дня на материалах, используемых в больницах. .

<рисунок>

Вирусы обычно дольше остаются активными на нержавеющей стали, пластике и подобных твердых поверхностях, чем на ткани и других мягких поверхностях.

Некоторые микробы даже жили более 90 дней. . Эти микроорганизмы являются эндемичными в отделениях интенсивной терапии (ОИТ) и связаны с повышенной вероятностью заболевания и смерти. Дезинфицирующие средства, такие как перекись водорода , не идеальны из-за их ограниченного остаточного эффекта и токсичности для окружающей среды.

Текущая структура требует необходимости изучения материалов, которые могут обеспечить антимикробную активность. , тем самым сокращая количество возможных вспышек.

Идеальный антибактериальный материал

Антибактериальные материалы содержат противомикробные агенты, способные подавлять или убивать микробы на их поверхности или в их окружении. Это могут быть противомикробные полимеры, антибактериальные пластмассы, противомикробные наноматериалы или противомикробная керамика. .

Идеальный антимикробный материал имеет следующие особенности:

• безопасен в использовании;
• дешево и легко синтезируется;
• охватывает широкий спектр антимикробной активности;
• высокая стабильность в течение длительного времени;
• не растворим в воде (при использовании для обеззараживания воды);
• не подвержен гниению;
• не должны выделять токсичные продукты.

Типы антимикробных материалов и покрытий

1. Противомикробные полимеры

Универсальные макромолекулярные свойства полимера сделать его благоприятным вариантом против микробного заражения, особенно в биомедицинской области . Противомикробные полимеры, также известные как полимерные биоциды, могут подавлять рост болезнетворных микроорганизмов.

<рисунок>

Общие принципы антимикробных поверхностей [1].

Материалы, обладающие противомикробным действием без каких-либо улучшений и обладающие внутренними самодезинфицирующими свойствами. называются внутренними противомикробными материалами . Природные полимеры, полимеры с гуанидиновыми группами, полимеры, содержащие четвертичные атомы азота, полимеры, содержащие галогены, и полимеры, имитирующие природные пептиды, — это лишь некоторые из множества полимерных материалов, обладающих внутренней антимикробной активностью.

Некоторые натуральные полимеры включают хитозан, гепарин и е-полилизин . Материалы на основе хитозана обладают многообещающим потенциалом благодаря их биоразлагаемости, нетоксичности, биосовместимости и антимикробной активности.

<рисунок>

Полимерная антимикробная упаковка для пищевых продуктов набирает обороты, поскольку компании переходят на антибактериальную упаковку для более безопасного продукта и увеличения срока годности.

Придание антимикробной активности полимерам также возможно путем химических модификаций. . Некоторые модификации включают ковалентное включение противомикробных препаратов с более низкой молекулярной массой, связывание противомикробных пептидов и прививку природных полимеров к синтетическим полимерам.

Полимерная антимикробная пищевая упаковка становится все популярнее, поскольку компании переходят на антибактериальную упаковку для более безопасного продукта и увеличения срока годности .

Другие применения противомикробных полимеров можно найти в восстановлении плесени, порошковых покрытиях и строительной отрасли.

2. Антибактериальный пластик

a) Противомикробные пластмассы

Антимикробный пластик представляет собой синтетический полимерный материал, содержащий антимикробные добавки, которые делают его эффективным против микробного роста . Он проявляет антибактериальные свойства, нарушая межклеточную связь посредством образования антиадгезионных поверхностей, тем самым убивая бактерии.

<рисунок>

Антимикробный пластик в коммерческих фильтрах для воды.

Антимикробные пластмассы для коммерческого использования, такие как детские стульчики, фильтры для воды и контейнеры для хранения пищевых продуктов. более долговечны, чем пластмассы без каких-либо противомикробных активных ингредиентов. Добавки, добавленные в термопласты и термореактивные полимеры, минимизируют присутствие микроорганизмов, вызывающих более быстрое разложение пластика, что еще больше продлевает срок службы пластика. . Некоторые совместимые пластиковые материалы включают полипропилен (ПП), поликарбонат (ПК), полистирол (ПС) и полиэтилен (ПЭ/ПЭНП).

b) Противомикробные биопластики

Альбумин, соевый и сывороточный протеин служат благоприятным сырьем для производства биопластиков. Пластики на основе альбумина препятствуют росту E. coli и bacillus subtilis на их поверхности , а иммуноглобулины и гликомакропептиды, содержащиеся в сывороточном белке, связывают токсин и предотвращают микробную инфекцию. .

<рисунок>

CuanTec, шотландская голубая биотехнологическая компания, представила противомикробную, компостируемую в домашних условиях замену пластиковой пищевой упаковке на основе хитина, второго по распространенности природного биополимера в мире. Компания извлекает этот хитин из отходов предприятий пищевой промышленности по производству моллюсков (раковины, головы, клешни, хвосты — части, которые люди не едят) и превращает его в хитозан.

Существуют также методы тестирования. доступны, чтобы определить, можно ли использовать альбумин или сывороточные пластики в системах здравоохранения, таких как упаковка медицинских продуктов и тесты на инфекции для медицинских применений .

3. Антимикробная керамика

Антимикробная керамика представляет собой неметаллический твердый материал, в глазурь которого добавлена ​​добавка, делающая его устойчивым к росту бактерий . В исследовании, проведенном Drelich et al., было показано, что керамика с добавлением меди может служить перспективным антибактериальным продуктом для обеззараживания воды.

<рисунок>

(а) схема трех этапов изготовления антимикробных керамических камней; (б) керамические камни; (в) рентгенограмма глины, используемой для изготовления камней; (d) сканирующая электронная микрофотография керамического камня, показывающая пористость [2].

Утверждается, что медь и соединения меди убивают различные микроорганизмы, в том числе бактерии. (грамположительные и грамположительные), грибы, вирусы (в оболочке и без оболочки), дрожжи и споры .

Он способен убивать 99,9 % вредных бактерий в течение двух часов. и продолжать убивать более 99% бактерий, независимо от многократного воздействия на медную поверхность, по данным Ассоциации развития меди (CDA). Популяции как Klebsiella pneumoniae, так и Staphylococcus aureus в загрязненной воде при контакте с пористым керамическим антимикробным камнем, наполненным медью, сокращались на>99,9 % за 3 часа. .

Антибактериальную керамику можно найти в раковинах, ваннах, туалетах, душевых и кухонных приборах.

4. Антимикробные наноматериалы

a) Органические и неорганические наночастицы

Органические наночастицы может уничтожать микробы, высвобождая антимикробные агенты или контактно-уничтожая катионные поверхности . В эксперименте, проведенном Джонсом и др., поли-эпсилон-капролактон (ПКЛ) смешивали с поли(N-винилпирролидон)-йодом, в результате чего биоматериалы приобретали антибактериальные свойства без каких-либо изменений механических или реологических свойств. свойства . Разложение PCL также способствовало антиприлипанию Escherichia coli .

<рисунок>

Схематическое изображение различных типов наночастиц (НЧ), разделенных на органические, гибридные и неорганические категории [3].

Неорганические наночастицы более стабильны при более высоких температурах, чем их органические аналоги , что позволяет им выдерживать суровые условия обработки. В результате неорганические наночастицы часто используются в качестве противомикробных материалов.

b) Наночастицы оксидов металлов

Наночастицы оксидов металлов вызывать повреждение клеточной мембраны электростатическим взаимодействием . Утечка протонов вызывает образование активных форм кислорода, которые повреждают органические биомолекулы, такие как липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и белки, тем самым вызывая гибель микробов.

оксид алюминия показал ингибирование роста Escherichia coli. Триоксид сурьмы также токсичен для микробов Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. Другие наночастицы оксидов металлов, такие как оксид кобальта, оксид железа, оксид магния, оксид цинка, диоксид титана и наночастицы серебра также показали многообещающие результаты противомикробной активности.

<рисунок>

Одним из наиболее важных применений наночастиц металлов, особенно наночастиц серебра, в области медицины является использование этих наночастиц в качестве противомикробных агентов. Подтверждена летальная активность наночастиц в отношении широкого спектра грамположительных бактерий, грамотрицательных бактерий и грибков.

Наночастицы серебра обладают отличными антибактериальными свойствами по сравнению с другими металлами . Прочная связь ионов серебра с тиолатными группами белков и клеточных ферментов делает их идеальной добавкой в ​​медицинские ткани, такие как маски для лица, частные шторы, бинты, перевязочные материалы для ран, простыни и другие текстильные изделия. связанных со здравоохранением. В 2015 году на долю серебра в антимикробных порошковых покрытиях приходилось 50 % общего дохода отрасли. . Также ожидается, что к 2024 году компания принесет 2 миллиарда долларов США.

Что дальше?

Это только вопрос времени, когда антибактериальные материалы, особенно на рынке покрытий для поверхностей, получат большее распространение в качестве основного сырья, если правительства введут более строгие нормы в обеспечении соблюдения самосанитарных мер. .

Кроме того, его применение во многих отраслях, таких как строительство, упаковка пищевых продуктов, текстиль, удаление плесени, мебель, посуда и автомобилестроение еще больше укрепит свои позиции на мировом рынке.