Minuscule deeltjes beschermen tegen virussen

Zou het niet handig zijn als onze spullen zichzelf schoon konden maken? Of nog beter: konden zorgen dat ze überhaupt niet vies werden? Dat je trapleuning je niet alleen veilig naar beneden laat lopen, maar dat er ook geen virussen aan hechten die je ziek maken. Of dat de bacteriën niet aan je snijplank blijven plakken maar er onder de kraan zo afspoelen. Dit alles lijkt mogelijk met behulp van minuscule helpers, deeltjes van slechts een paar honderd nanometer groot die we makkelijk in andere materialen kunnen verwerken: nanodeeltjes.

Juist nu het coronavirus rondwaart en de maatschappij ontwricht klinken dit soort zelfreinigende materialen aantrekkelijker dan ooit. De desinfectiemiddelen zijn niet aan te slepen, dus zou het mooi zijn als we ook andere oplossingen kunnen inzetten om onze omgeving schoon en virusvrij te houden. Veel wetenschappers doen daarom onderzoek naar nieuwe nanodeeltjes, vertelt Dave Blank, emeritus hoogleraar anorganische materiaalkunde aan de Universiteit Twente. “Het is een erg populair vakgebied op het moment, en er worden hele interessante nieuwe dingen gevonden.”

Divers

Nanodeeltjes zijn volgens Blank erg divers. “Je kunt onderdelen uit de natuur gebruiken om ze te maken, zoals stukken van een bacterie. Maar je kunt ook materialen zoals metalen, koolstof of silicium oplossen en weer gecontroleerd laten clusteren tot je een nanodeeltje hebt. En juist omdat ze zo klein zijn, krijgen die deeltjes bijzondere eigenschappen – zo geven ze bijvoorbeeld licht of maken micro-organismen kapot.”

In de strijd tegen virussen en bacteriën kunnen nanowetenschappers die bijzondere eigenschappen van nanodeeltjes goed gebruiken. Bijvoorbeeld die van goud en zilver. “Gewoon zilver is van zichzelf al antibacterieel, maar nanodeeltjes van zilver werken nog beter”, legt Blank uit. “Dit komt onder andere door de ionen die vrijkomen van deze nanodeeltjes. Dit zijn geladen zilverdeeltjes die aan de eiwitten van virussen en bacteriën binden. Omdat de ionen elektrisch geladen zijn, zorgen ze ervoor dat allerlei bindingen in die eiwitten kapot gaan of veranderen, en dat leidt er uiteindelijk toe dat het hele micro-organisme ontregeld raakt en sterft. Nanodeeltjes van goud en koper werken op een vergelijkbare manier.”

Zilver en goud

Onderzoekers werken al jaren aan manieren om deze antimicrobiële deeltjes zo goed mogelijk in te zetten, en dat onderzoek is door de coronacrisis verder uitgebreid. Je kunt namelijk niet zomaar een laag nanodeeltjes op een oppervlakte spuiten, vertelt Blank. “Als je dan een keer veegt haal je al je bescherming weg. Je moet zorgen dat de deeltjes goed vast zitten, maar toch ook vrij genoeg zijn om hun werk te doen.”

Een van de oplossingen is om de nanodeeltjes te verwerken in het materiaal dat je schoon wilt houden. “Maar het hoeft niet door het hele materiaal te zitten”, zegt Blank. “Alleen het oppervlak beschermen is genoeg, want dat is het enige stuk dat in aanraking komt met micro-organismen.” Dit kan met een zogenoemde coating: een dunne, beschermende laag die je bijvoorbeeld op je tafel, winkelwagentje of chirurgische instrumenten aanbrengt. Deze coatings bestaan vaak uit polymeren, lange molecuulketens die samen een netwerk vormen. De nanodeeltjes stop je in de gaten van dit netwerk, vertelt Blank. “Omdat ze zo klein zijn passen ze er mooi tussen en zijn het er ook genoeg om alle virusdeeltjes te verwijderen en je oppervlak schoon te houden.”

Israëlische onderzoekers van de Ben-Gurion Universiteit of the Negev is het op deze manier gelukt om koper in hun coating te verwerken, en dit bleek een goede manier om hun oppervlak schoon te houden. Ze werken nu aan methodes om deze coating makkelijk aan te brengen, bijvoorbeeld als een verf.

Beschermende kleding

Om de virussen nog beter bij ons uit de buurt te houden kijken onderzoekers ook naar coatings voor beschermende kleding. Maar kleding biedt niet altijd genoeg houvast voor traditionele coatings, omdat het is opgebouwd uit een relatief los netwerk van draden. “Gelukkig kunnen we dit netwerk ook in ons voordeel gebruiken”, vertelt Blank. “Dat is een mooie plek om nanodeeltjes in te stoppen. Dit doen we ook al langer, kijk maar naar sportsokken met zilver die stinkvoeten tegen gaan.”

Deze techniek wordt de laatste maanden vooral toegepast op mondkapjes, om ze extra beschermend te maken. En de eerste resultaten lijken prima. Zo kregen onderzoekers van de Universiteit van Turijn het bijvoorbeeld voor elkaar om mondmaskers te verbeteren met een mengsel van zilverdeeltjes en silicium. Daarnaast zijn er al verschillende losse filters met nanozilver ontwikkeld die zorgmedewerkers eenmalig kunnen gebruiken om extra virusdeeltjes te filteren.

Nano-zeep

Hoewel de ontwikkelingen snel gaan, worden de nanodeeltjes vaak vooral nog op laboratoriumschaal gemaakt. Je vindt dit soort mondmaskers nog niet veel in de praktijk. Een andere, relatief simpele, manier om gebruik te maken van antimicrobiële nanodeeltjes zou zijn om ze in antibacteriële zeep te stoppen. Dit is helemaal interessant omdat de huidige stoffen in deze zepen relatief snel afbreken, en je daarom hoge concentraties van deze moleculen nodig hebt. Nanodeeltjes blijven langer werken, dus heb je in theorie minder nodig om dezelfde bescherming te bieden.