Sposób wytwarzania antybakteryjnej nanokompozytowej powłoki oraz antybakteryjna powłoka wytworzona tym sposobem

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Uniwersytet Rzeszowski

• dr hab. Andrzej Dziedzic, prof. UR - kierownik,
• dr Stanisław Adamiak,
• mgr inż. Bartosz Zdeb,
• dr hab. Anna Żaczek, prof. UR,
• dr hab. Andrzej Wal, prof. UR

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Z analizy literatury wynika, że najwięcej bakterii i wirusów znajduje się na wyświetlaczach dotykowych smartfonów. Dzięki aplikacji powłoki na szkle hartowanym naklejanym na wyświetlacze dotykowe, w łatwy i tani sposób można zmniejszyć liczbę zakażeń wirusami i bakteriami, w tym antybliotyko opornym Staphylococcus aureus, którego leczenie wymaga ingerencji chirurgicznej. Powłoki można aplikować również na lustra, ceramikę sanitarną, różnorodną aparaturę, narzędzia lekarskie w przychodniach, szpitalach, przedszkolach i szkołach, obiektach użyteczności publicznej. Powłoka z nanokompozytu ditlenku tytanu i metalicznych nanocząstek srebra jest nieszkodliwa dla organizmu ludzkiego, ale śmiertelna dla bakterii i wirusów. Gwarantuje to bezpieczeństwo podczas korzystania z urządzeń z zaaplikowaną powłoką. Powłoka nie uwalnia nanocząstek srebra a jedynie jony srebra, a ditlenek tytanu stosowany jest od lat jako dodatek do farb i leków. Zaletą tych powłok jest uwalnianie środka antybakteryjnego bezpośrednio w miejscu wymaganego działania, co zmniejsza ryzyko osiągnięcia stężeń powodujących dotkliwe skutki uboczne. Powłoka jest przeźroczysta, posiada grubość kilkaset nanometrów, jest odporna na zarysowanie i dobrze przylega do podłoża.
Aplikacja wytworzonych powłok prowadzi do znacznego postępu w obecnie stosowanych rozwiązaniach praktycznych. Zapobieganie zakażeniom, zredukuje liczbę zakażeń bakterią gronkowca przez co pozwoli zmniejszyć wysokie koszty leczenia pacjentów. Leczenie pacjentów zakażonych gronkowcem opornym na metycylinę opiera się głównie na usuwaniu zakażonej tkanki, co prowadzi do inwalidztwa i trwałego wykluczenia z możliwości podjęcia pracy. Przesłanką do wprowadzenia powłok jest zapobieganie zakażeniom zamiast drogiego leczenia. Technologię rozpylania magnetronowego (PVD-MS) zastosowaną do wytworzenia powłok można bezpośrednio zaimplementować w produkcji na skalę przemysłową, gdzie wymagane są względnie duże powierzchnie pokryć i szybkości osadzania powłok.

ISTOTA WYNALAZKU

Antybakteryjne i antywirusowe działanie powłoki ditlenku tytanu domieszkowanego srebrem i azotem aktywowane jest światłem widzialnym emitowanym przez żarówki LED stosowane powszechnie do oświetlanie pomieszczeń wewnątrz budynków. Nie wymaga stosowania drogich i niebezpiecznych lamp UV.
W wyniku padania światła na powierzchnię powłoki generowane są pary elektron dziura, z których w wilgotnym środowisku na powierzchni powstają rodniki hydroksylowe, które zabijają bakterie i wirusy. Drugi mechanizm działania antybakteryjnego powłoki, nie wymagający naświetlania, polega na uwalniania jonów Ag+, które również zabijają bakterie i wirusy. Mechanizm zabijania bakterii i wirusów jest więc podwójny. Powłoka nie uwalnia nanocząstek srebra. Jest bezpieczna dla otoczenia. Takie działanie powłoce zapewnia unikalny skład fazowy i nanometryczny rozmiar krystalitów, z których jest zbudowana.
W ramach projektu wykazano działanie antybakteryjne powłoki w stosunku do Staphylococcus aureus (gronkowca złocistego), aktualne badania wykazały jej skuteczność w zabijaniu wirusów zwanych fagami.
Powłoka zapewnia również ochronę wyświetlaczy dotykowych przed uszkodzeniem mechanicznym, zarysowaniem. Powłoka jest trwała nie toksyczna, posiada chropowatość powierzchni na poziomie kilku nanometrów. Jest więc udoskonaleniem obecnie stosowanych szkieł i foli ochronnych naklejanych na smartfony i inne wyświetlacze. Oprócz ochrony mechanicznej rozszerza funkcjonalność obecnie sprzedawanych szkieł i folii o ochronę przed bakteriami i wirusami.
Aplikacja powłok w przychodniach i szpitalach wpłynie na środowisko w pierwszej kolejności poprzez redukcję zakażeń szpitalnych bakterią Staphylococcus aureus. Nosicielstwo szczególnie często występuje pośród personelu szpitalnego, co ma duży wpływ na szerzenie się zakażeń wewnątrzszpitalnych. Szczególnie zminimalizuje poważny problem, także finansowy, zakażenia gronkowcem złocistym opornym na metycylinę, MRSA (Methicyllin-resistant Staphylococcus aureus).

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Powłokę wytworzono w procesie fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD). Rynek powłok otrzymywanych w procesie PVD rejestruje CAGR powyżej 5% w okresie 2019 - 2026. W 2019 rynek PVD wynosił 20 mld USA, w 2026 ma wzrosnąć do 32 mld USD. Główny udział rynku powłok to olbrzymi popyt ze strony sektora elektronicznego oraz rosnące wykorzystanie w przemyśle medycznym. Obecnie największe zastosowanie powłok PVD notuje się jako zabezpieczenia powierzchni (powłoki ochronne) narzędzi skrawających, kopert zegarków itd. Dodatkowo ograniczenia związane z zakazem stosowania powłok galwanicznych znacząca napędzą rynek powłok PVD. Jest więc to technologia mająca olbrzymi potencjał ze względu na specyficzne, podwyższone właściwości materiałów będących składnikiem powłok. Proponowana technologia PVD wykorzystuje rozpylanie tytanu ze srebrem w atmosferze gazów Ar, O2 i N2 w obniżonym ciśnieniu, które osadzają się na szklanym, ceramicznym podłożu w postaci cienkich, silnie przylegających nanokompozytowych powłok, znacznie polepszając końcowe właściwości materiału bazowego. Globalny rynek powłok otrzymywanych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej jest rozdrobniony ze względu na dużą dostępność międzynarodowych i lokalnych producentów materiałów powłokowych PVD i usługodawców. Dominującym rynkiem jest Azja, a następnie Ameryka Północna. Obecnie koszt tej technologii jest dość duży, jednak w świecie jest wykorzystywana do wytwarzania powłok antybakteryjnych i antywirusowych niezbędnych do zastosowania w zwalczaniu zagrożenia i minimalizacji znaczących kosztów leczenia.