Поверхности с анионными блок-сополимерами способны за несколько минут дезактивировать различные вирусы, делая место соприкосновения очень кислотным. Такие поверхности могут в течение длительного времени оставаться безопасными без дополнительного нанесения дезинфектанта.
Бета-коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), в 2019 году положивший начало пандемии коронавирусной болезни COVID-19, передается преимущественно частицами в воздухе. Однако многочисленные исследования показали, что вирус может несколько дней оставаться активным на различных поверхностях. Прикосновение к контаминированной поверхности, а затем к лицу, также может привести к инфицированию.
По всему миру получили одобрение многие методы дезинфекции и санитарной обработки, включая химический и радиационный методы. К недостаткам таких методов относятся необходимость постоянного их применения и невозможность предотвратить реконтаминацию. Частое использование дезинфектантов на основе, например, четвертичного аммония наносит вред окружающей среде.
Альтернативной стратегией могла бы стать разработка самодезинфицирующихся материалов. Как правило, это металлы и их оксиды, а также катионные полимеры, используемые для создания антибактериальных поверхностей. Другим типом полимера, способным убивать широкий спектр микробов и долго оставаться активным, выступают фотореактивные полимеры.
В журнале Advanced Science опубликовано сообщение о новом типе дезинфицирующего материала на основе анионных полимеров. Такие полимеры несут отрицательный электрический заряд и имеют в своей структуре сернокислые группы, за счет чего обнаруживают способность к уничтожению различных типов бактерий и вирусов. Принцип действия заключается в резком падении рН, т.е. в «закислении» потенциально контаминируемой поверхности. В статье описывается процесс дезактивации на разных стадиях.
Авторы разработки использовали три типа анионных блок-полимеров на основе полистирола. Один из них – коммерчески доступный BIAXAMTM (далее TESET), два других получили названия TST и SEBS. Все эти полимеры отличаются уровнем сульфирования.
На материале TESET была обнаружена полная инактивация SARS-CoV-2 за пять минут. Наноразмерная морфология полимера меняется при контакте с водой: сернистые группы оказываются на поверхности, что и приводит к падению рН.
Аналогичное действие поверхности TESET авторы наблюдали и в отношении другого коронавируса – HCoV-229E. Установлено, что чем выше уровень сульфирования, тем выше эффективность инактивации вирусов. На полимерах с низким содержанием сернокислых групп никакой инактивации не наблюдалось даже по прошествии 30 минут, что указывает на существование некоего минимально-необходимого уровня сульфирования, обеспечивающего вироцидные свойства материала.
Полимеры TESET относятся к термопластичным эластомерам, тогда как TST являются сравнительно хрупкими пластиками. Они также инактивировали HCoV-229E примерно за 20 минут, и эффективность напрямую зависела от степени сульфирования. Результаты свидетельствуют о том, что этот тип полимеров также может применяться для создания противовирусных поверхностей.
Изучалась вироцидная активность TESET-полимеров и в зависимости от температуры. Было обнаружено, что вирус HCoV-229E был инактивирован быстрее при более высоких температурах. Однако дальнейшие исследования показали, что зависимость эффективности от температуры носит нелинейный характер: инактивация занимала 20 минут при 4°C и 25°C, но требовала 30 минут при 37°C. Возможным объяснением является повышение (с возрастанием температуры) мобильности нейтрализующих серную кислоту катионов в вирусной среде.
Важно отметить, что анионные полимеры сохраняют эффективность в течение достаточно долгого времени, а затем могут быть «перезаряжены» путем короткого погружения в раствор кислоты. Поскольку вироцидная активность зависит от рН, она может быть оценена путем измерения этого показателя на поверхности.
Возможно, другие типы анионных полимеров также способны инактивировать вирусы. Одним из таких материалов является, в частности, нафион, – материал, применяемый в топливных элементах. Авторы обнаружили противовирусное действие нафиона, аналогичное свойствам TESET и TST.
Одно из существенных преимуществ нового подхода к дезинфекции состоит в том, что использование полимеров данного типа не нацелено на изменение каких-либо аспектов химизма патогенов, т.е. развитие ответной резистентности маловероятно. Новая стратегия применима также для создания материалов, уничтожающих те виды бактерий, которые формируют защитные споры и могут существовать на поверхностях синергетически. И особенно важно, что такие полимеры не загрязняют окружающую среду и могут быть переработаны.
