Co jsou to nanovlákna?
Obvykle vlákna s průměrem v řádu desítek až stovek nanometrů, tj. cca tisíckrát tenčí než lidský vlas (Obr.1), mohou však být dlouhá i několik desítek metrů. Nanovlákna mají díky své velikosti obrovský měrný povrch.
Obr.1. Srovnání velikosti lidského vlasu a nanovláken.
Nanovlákenné materiály se nejčastěji připravují metodou elektrozvláknění („electrospinning“) (Obr.2).
Obr. 2. A: Schema elektrozvlákňujícího („electrospinning“) zařízení pro výrobu nanovlákenných materiálů (NanospiderTM ) B: Jiné technické řešení využívající pomalu rotující elektrodu ponořenou do polymerního roztoku. Generovaná nanovlákna z povrchu nabité elektrody dopadají na uzemněnou, opačně nabitou kolektorovou elektrodu. C: Struktura nanovlákenného materiálu (snímek z elektronového mikroskopu).
Obr.3. Výsledný nanovlákenný materiál
Výsledný nanovlákenný materiál (Obr.3) má unikátní vlastnosti:
Nanostrukturovaný povrch s póry, které jsou schopny zachytávat bakterie a další pathogeny. Efektivní filtrační efekt byl zjištěn i pro nanočástice.
Velký měrný povrch.
V závislosti na zvoleném polymeru mají materiály různou permeabilitu (propustnost) vůči různým plynům včetně vodní par a kyslíku (důležité pro medicínské aplikace)
Do nanovlákem může být zapouzdřena (foto)aktivní látka, nebo může být vázána na povrch nanovlákem. Je-li tato látka baktericidní nebo schopna generovat baktericidní částice, povrch nanomateriálu je baktericidní- viz dále (4).
Pozn. :Je velkou výhodou aktivovat vlastnosti (např. baktericidnost) světlem. Principiálně neexistuje rychlejší a přesnější způsob aktivace.
Jak mohou nanovlákna dopovaná fotoaktivními látkami pomoci v desinfekci/sterilizaci?
Fotoaktivními látkami mohou být například látky zprostředkující deneraci tzv. singletového kyslíku (1O2). Existence této formy molekulárního kyslíku v elektronicky excitovaném stavu, byla prokázána před více než 40 lety. Přesto je 1O2 stále v popředí zájmu, především díky své vysoké reaktivitě a cytotoxicitě. Zcela výjimečný význam pro tvorbu 1O2 mají fotosensitizované reakce, zejména v roztocích, kde je molekula rozpuštěného kyslíku excitována nepřímo přenosem energie z excitované molekuly barviva, tzv. fotosensitizeru. Zcela novou možností je pak vázat tyto účinné látky dovnitř či na povrch polymerních nanovláken. Nanovlákenné vrstvy tvořené polymerními nanovlákny, připravené metodou „electrospinning“ o průměru vláken cca 100-400 nm a dopované fotosensitizery, jsou efektivními producenty cytotoxického 1O2 během ozařování viditelným světlem. Schopnost dopovaných nanovláken fotogenerovat 1O2 byla potvrzena fotooxidací řady substrátů. Baktericidní a virucidní efekt povrchu nanotkanin ozařovaných viditelným umělým či denním světlem byl prokázán na bakteriálních kmenech Escherichia coli a Staphylococcus aureus a bakulovirech a polyomavirech (Obr.4). Nanotkaniny produkující 1O2 mohou mít také řadu dalších praktických aplikací. Lze je využít k syntéze produktů reakcí 1O2 s příslušným substrátem, s možností jejich snadné separace od vázaného fotosensitizeru. Nanotkaniny jsou vzhledem k malé velikosti pórů mezi nanovlákny schopny zachytávat bakterie a větší viry (Obr.5). Nanotkaniny dopované fotosensitizerem tak představují nové autodezinfikující, sterilní, krycí materiály např. pro medicínské aplikace (roušky, lehké obvazy), neboť kombinují vlastnosti cytotoxického 1O2 s velmi krátkým dosahem působení a průsvitných nanotkanin s velkým měrným povrchem, dobrou difůzí a permeabilitou pro kyslík a mikrobiálním záchytem. Tyto nové materiály již byly úspěšně testovány pro dermatologické aplikace včetně krytí ran u bércových vředů. Enkapsulovaný fotosensitizer v nízké koncentraci uvnitř nanovláken či vázaný na povrch nanovláken nepředstavuje zdravotní riziko oproti jiným desinfekčním činidlům, neovlivňuje např. hojení ran. Velkou výhodou je dále fakt, že bakterie či jiné mikroorganismy nevykazují resistenci vůči 1O2 (oproti např. antibiotikům) a jsou touto formou kyslíku účinně inaktivovány.
Obr.4. Přiklad baktericidního efektu nanovlákenné vrstvy vůči Escherichia coli. Agarové plotny s kousky nanovlákenné vrstvy dopované fotoaktivní látkou (A) a bez fotoaktivní látky (B) inokulované Escherichia coli po ozáření viditelným světlem (vlevo, 1) či ponechané ve tmě (vpravo, 2).
Obr. 5. Demonstrace záchytu Escherichia coli na nanovlákenném povrchu
Speciálně vyvinutou technologií jsme schopni z nanovlákenného materiály připravit i polymerní nanočástice, dostatečně stabilní ve vodném prostředí. Průměr nanočástic je cca 30-70 nm. Nanočástice mohou obsahovat opět fotoaktivní látky, stejně jako nanovlákna (Obr.6) a být velice účinné např. v oblasti desinfekce.
Obr.6. A) Nanočástice pod elektronovým mikroskopem. B) Fluoreskující vodná suspenze připravených fotodesinfikujících polymerních nanočástic.
V projektech a poradenství máme úzkou vazbu na akademickou sféru.
Neváhejte nás kontaktovat pro další informace