Nanocząstki srebra: materiał przyszłości… czy remedium dla teraźniejszości?

Prężny rozkwit nanotechnologii i nanomateriałów jest możliwy dzięki rozwojowi precyzyjnych technik ich wytwarzania oraz metod badań, ale przede wszystkim jest napędzany przez olbrzymie zainteresowanie rynku. Producenci cały czas szukają nowych, innowacyjnych rozwiązań pozwalających na zaoferowanie swoim klientom coraz lepszych produktów jednocześnie zyskując przewagę nad konkurencją. Na atrakcyjność nanotechnologii wpływa również szerokie zastosowanie gdyż dzięki niej możliwe jest przygotowywanie nowych, funkcjonalnych, a przez to interesujących technologii, a nawet najbardziej tradycyjne i znane produkty mogą zyskać nowe oblicze i funkcje.

Nanotechnologia to interdyscyplinarna dziedzina, łączącą w sobie siłę wielu nauk w tym fizyki, chemii, inżynierii materiałowej czy medycyny. Istotą nanotechnologii jest kontrolowane tworzenie i stosowanie struktur, materiałów i urządzeń o nanometrycznych wymiarach. Nanomateriały to substancje chemiczne lub materiały o wielkości cząstek od 1–100 nm w co najmniej jednym wymiarze. Tak małe rozmiary, a tym samym silnie rozwinięta powierzchnia właściwa determinuje właściwości odmienne od mikroskopowych lub makroskopowych odpowiedników tych samych substancji. Wśród nich należy przede wszystkim wymienić lepsze właściwości mechaniczne, optyczne, zwiększoną aktywność chemiczną oraz mniejsze obciążenie dla środowiska. Wielu z czytelników najprawdopodobniej słyszało już o nanotechnologii m.in. w aspekcie polskiej metody wytwarzania grafenu lub najnowszych osiągnięć gigantów technologicznych w obszarze produkcji ultrawydajnych procesorów. Osiągnięcia nanotechnologii są już stosowane w życiu codziennym np. poprzez zastosowanie wspomnianych procesorów w komputerach, smartfonach, samochodach, czujnikach, telewizorach, kartach płatniczych, a nawet na metkach sklepowych (identyfikacja RFID).

Jak wspomniano wcześniej, technologie wykorzystujące nanometryczne elementy elektroniczne nie są dzisiaj dla nas niczym nowym, co w takim razie z zastosowaniami w innych gałęziach przemysłu np. medycynie, budownictwie czy motoryzacji? W wielu publikacjach dotyczących nanotechnologii podkreśla się, że może być ona odpowiedzią na wyzwania przyszłości, jak również może dostarczać narzędzi do rozwiązywania problemów z wielu obszarów życia. Być może właśnie nadszedł czas, aby wykorzystać potencjał tej nauki w walce z bakteriami, grzybami a także wirusami?

Bakterie i wirusy mają zdolność do ciągłej ewolucji poprzez wymianę materiału genetycznego przez co nabywają coraz to nowych cech ułatwiających im namnażanie i przetrwanie w środowisku. Właśnie w ten sposób zdobywają również oporność na antybiotyki powodując, że wdrażane leczenie jest nieskuteczne i wiąże się z poważnymi powikłaniami oraz ryzykiem śmierci. Skutkiem tych zjawisk jest pojawienie się tzw. superbakterii, czyli bakterii wysoce opornych na antybiotyki, których przykładem jest gronkowiec złocisty oporny na metycylinę oraz bakteria New Delhi, o której usłyszeliśmy stosunkowo niedawno. Kontynuując rozważania w sektorze medycznym nie sposób nie nawiązać do obecnie panującej sytuacji epidemicznej na świecie. Pandemia koronawirusa SARS-CoV-2 wywołującego chorobę znaną jako COVID-19 spowodowała, że zwróciliśmy szczególną uwagę na aspekty higieny osobistej oraz czystość mikrobiologiczną powierzchni i przedmiotów, z którymi mamy styczność na co dzień.

Ogromnym problemem w sektorze medycznym są zakażenia szpitalne, których najczęstszą przyczyną jest niewystarczająca higiena personelu, zanieczyszczona odzież, niejałowy sprzęt medyczny, niewłaściwie prowadzone procesy sprzątania, co w konsekwencji prowadzi do skażenia otoczenia pacjenta. Szacuje się, że rocznie dochodzi do tysięcy przypadków zakażeń szpitalnych, które są nierozwiązanym problemem współczesnej ochrony zdrowia oraz stanowią zagrożenie dla zdrowia i życia pacjentów, jak również generują dodatkowe koszty. Badania dowodzą, że w czasie leczenia szpitalnego u prawie 30% pacjentów zostaje rozpoznane co najmniej jedno zakażenie szpitalne. Konsekwencją zakażeń są powikłania, które powodują utratę zdrowia pacjenta, a w skrajnych przypadkach mogą powodować nawet utratę życia. Zakażenia szpitalne są zjawiskiem, którego nie sposób całkowicie wyeliminować z praktyki szpitalnej, natomiast należy podejmować wszelkie działania, które mogą ograniczać ich negatywny wpływ zdrowie pacjentów.

Jednakże ciągły rozwój i wdrażanie materiałów o powierzchniach samoodkażających nie powinien ograniczać się jedynie do detali stosowanych w szpitalach, ale należy go stosować wszędzie tam, gdzie istnieje ryzyko skażenia mikrobiologicznego czyli między innymi w publicznych toaletach, sklepach, szkołach, a także we własnym domu. Jednym ze sposobów ograniczenia ryzyka zakażeń jest stworzenie tzw. clean roomu w oparciu o materiały o właściwościach samoodkażających oraz samoczyszczących z dodatkiem nanocząstek srebra.

Materiałami, które towarzyszą nam w największym stopniu w naszym codziennym życiu są polimery. W 2019 roku światowa produkcja tworzyw sztucznych osiągnęła 368 mln ton, a w samej Europie wyprodukowano 58 mln ton tworzyw sztucznych, co pokazuje na jak szeroką skalę są to stosowane materiały. Pod względem zastosowania tworzywa sztuczne możemy podzielić m.in. na tworzywa konstrukcyjne, porowate, powłokotwórcze, adhezyjne, włóknotwórcze czy specjalne np. polimery biomedyczne.

Zastosowanie nanocząstek srebra w produktach polimerowych (technologia Polydef) gwarantuje ciągłą ochronę powierzchni przed rozwojem drobnoustrojów. Niewątpliwym atutem tej technologii jest fakt, że opracowane komponenty zawierające nanocząstki srebra wykazują skuteczność antybakteryjną dla wszystkich rodzajów polimerów termoplastycznych. Substancja aktywna jest trwale związana oraz homogenicznie rozmieszczona w tworzywie co zapewnia antybakteryjne działanie niezależnie od ścierania materiału. Aktywność srebra nie zmienia się z czasem, więc tym samym gwarantuje trwały efekt w odróżnieniu do konwencjonalnych preparatów biobójczych jakimi są organiczne biocydy. Warto zaznaczyć, że srebro wykazuje działanie biobójcze w bardzo niskich stężeniach, dlatego pomimo wysokiej ceny skoncentrowanego dodatku, niskie dozowanie nie wpływa na znaczny wzrost ceny produkowanego elementu. Uszlachetnianie nanomateriałem nie wymaga specjalistycznej aparatury, ponieważ odbywa się z wykorzystaniem istniejących, standardowo używanych urządzeń przy produkcji elementów polimerowych. Nie można zapomnieć również o elementach wytwarzanych z wykorzystaniem bardzo mocno rozwijających się w ostatnim czasie technologii przyrostowych np. druku 3D. Dodatki zawierające nanocząstki srebra (Polydef 3D) można również użyć w produkcji filamentów w trójwymiarowym wydruku w technologii FDM, która opiera się na szerokiej grupie polimerów takich jak: PLA, PETG, ABS, ASA, PA.

Linia dodatków Polydef nie ogranicza się tylko do polimerów termoplastycznych. Nanocząstki srebra można zastosować również w tworzywach termoutwardzalnych, takich jak żywice epoksydowe, fenoplasty, poliuretany czy żywice poliestrowe. Biobójcze żywice epoksydowe mogą mieć zastosowanie np. w posadzkach stosowanych w szpitalach, magazynach lub halach. Mogą również być wykorzystywane w farbach proszkowych, lakierach lub w klejach do metali, szkła, ceramiki lub tworzyw. Z kolei poliuretany o właściwościach bakterio-, grzybo – i wirusobójczych można wykorzystać w antyodleżynowych wiskoelasycznych materacach szpitalnych, poduszkach dla alergików, wkładkach do sportowych butów, pumeksach lub klejach poliuretanowych.

Interesujące są również rozwiązania stosowane w materiałach budowlanych np. gruntach, farbach czy nawet płytkach ceramicznych. Zastosowanie nanocząstek srebra w gruntach lub farbach zapobiega rozkwitom grzybów w silnie zawilgoconych pomieszczeniach.

Niezwykle obiecującym rozwiązaniem jest zastosowanie nanocząstek srebra do zabezpieczania okładzin (płytek) ceramicznych (technologia AGuscio), które powszechnie stosuje się w galeriach handlowych, publicznych toaletach, szpitalach. Trwałe osadzenie nanocząstek srebra na płytkach ceramicznych zapewnia ponad 90% redukcję bakterii oraz niemal całkowitą redukcję wirusów, co zostało potwierdzone w serii badań i analiz m.in. przy użyciu metody „Pomiaru aktywności antywirusowej na tworzywach sztucznych i innych nieporowatych powierzchniach” opisanej w normie ISO 21702:2019. Niewątpliwym atutem technologii jest fakt, że opracowany komponent oparty na nanocząstkach srebra wykazuje skuteczność antybakteryjną na wszystkich rodzajach płytek ceramicznych, a jego chemiczne związanie z powierzchnią gwarantuje trwałość rozwiązania i zapobiega wymywaniu się srebra podczas sprzątania.

Opisywane technologie oferowane przez firmę Smart Nanotechnologies stanowią rozwiązanie problemów związanych z zakażeniami oraz przyczyniają się do utrzymania reżimu sanitarnego podczas panującej epidemii, dlatego też na potencjał tych rozwiązań należy patrzeć nie tylko z perspektywy rynku krajowego czy europejskiego, ale przede wszystkim globalnego. Materiały o właściwościach samoodkażających powinny stanowić nowy standard, a technologie w skali nano oprócz tego, że są potencjalnie nieograniczoną perspektywą dla rozwoju gospodarki stanowią nadzieję na bezpieczniejsze jutro, tworząc alternatywę w walce z mikroorganizmami.

Autor:

Smart Nanotechnologies

Last Updated on 24 stycznia, 2022 by Łukasz