Bakterite hirm – eestlaste loodud isepuhastuv pinnakate

Erinevates tööstusharudes pannakse nanosuuruses materjalide ja aineosakeste kasutamisele suuri lootusi. Üks nanoosakeste kiiresti arenev kasutusala, peale nende rakendamise näiteks ravimikandjatena, on antibakteriaalsed pinnakatted. Ühe sellise isepuhastuva pinnakatte, mis tapab baktereid üllatavalt kiiresti, on loonud Eesti teadlased. Kirjutab Katre Tatrik.

Tartu Ülikooli (TÜ) ning Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi (KBFI) laborites on välja töötatud pinnakatted, mis tapavad juba viie minutiga üle 90 protsendi pinnal leiduvatest bakteritest. Pinnakatete arenduses osaleb ka Tallinna Tehnikaülikool (TTÜ). Kui sellised katted kasutusele võtta, võivad need pidurdada antibiootikumidele allumatute ehk resistentsete bakterite levikut. Lisaks võiks selliste katete kasutamine haiglatingimustes pärssida sagedasi nakkusjuhte patsientide hulgas.

Antibakteriaalsete pinnakatete arendaja Angela Ivask KBFI keskkonnatoksikoloogia laborist ütles, et nii tõhusat antibakteriaalset pinnakatet, kui ta ise koos kolleegidega loonud on, pole ta varem testinud. „Isegi teadusajakirjanduse põhjal võib öelda, et meil on ühed tõhusamad katted. Nanoosakestega antibakteriaalseid pinnakatteid on teisigi, aga raporteid nii tõhusate kohta, kui meie oma, kohtab väga harva,” sõnas Ivask.

Nimelt on eestlased kokku seganud erilise nanolahuse ja kui selle lahusega kaetud pinnale paistab valgus, muutub pind aktiivseks ja hakkab baktereid tapma. 90 protsenti pinnal olevates bakteritest sureb juba viie minutiga.

Kuidas pinnad isepuhastuvaks said?

Trikk on selles, et lahus, mis pinnale kantakse ja sinna kinnitatakse, sisaldab tsinkoksiidi ja hõbeda nanoosakesi. Need nanoosakesed hakkavadki valguse toimel baktereid tapma. „See tähendab, et tekivad aktiivsed hapniku radikaalid, mis ründavad bakterite membraane – teevad sinna augud sisse,” selgitas Ivask.

Nii juhtub sellepärast, et tsinkoksiid on fotokatalüütiline aine ja päikesevalguses leiduva UV-kiirgusega kokku puutudes muutub see aktiivseks ning asub orgaanilist ainet, sealhulgas baktereid lagundama. Lisatud hõbe teeb pinnakatte bakterite vastu veelgi tõhusamaks, kuna ründab bakteri rakke otse. Need kaks ainet võitlevad bakterite vastu, tehes üksteisega head koostööd.

Angela Ivaski sõnul kasutab maailm nanotehnoloogia saavutusi teadmatult juba ammu, määrides nahale päikesekaitsekreeme või kasutades näiteks antimikroobseid tekstiile, sh sokke või vetthülgavaid ning isepuhastuvaid materjale. „Nanoosakesi või nanostruktuure kasutatakse juba tuhandetes tarbetoodetes ning suur osa neist kuulub tõepoolest kosmeetika või hügieenitarvete hulka,” kinnitas Ivask. „Meie idee oli juba praegu kasutuses olevaid antimikroobseid nanoosakesi veelgi tõhusamaks muuta ning neid pinnakatetes rakendada,” lisas ta.

Antibakteriaalne ja tarbijatele ohutu pinnakate on tema personaalse uurimistoetuse tulemus. Muide, Angela Ivask on maailmas üks enim tsiteeritud keskkonnatoksikolooge.

Pikk teadus- ja arendustöö sai alguse viis aastat tagasi, kui noorele Tartu Ülikooli doktorandile Meeri Visnapuule helistas kohalik ukselingifirma. Ettevõte oli tellinud Itaaliast lingid, mis väidetavalt sisaldasid hõbedalisandit ja pidid seepärast olema antibakteriaalsed. Tellija lootis, et saab seda väidet teadlaste abil kontrollida ja võib-olla ka ise midagi sarnast tootma hakata. Visnapuu, tema TÜ juhendaja Vambola Kisand ja nende kolleegid KBFI-st olid lahkesti nõus aitama. Kuid siis selgus, et uuritavad ukselingid on kaetud lakiga, mille mitmekesine koostis tegi uurimise väga keeruliseks. „Leidsime sealt väga palju muid komponente, kuid hõbedat peaaegu ei tuvastanudki,” meenutas Ivask.

Teeme ise ja teeme paremini!

Aasta oli siis 2013 ja antibakteriaalsete pinnakatete peale ei mõelnud Eesti teaduslinnakutes veel keegi. Ometi istutas see juhuslik kontakt ettevõtjaga teadlaste pähe ambitsioonika mõtte: teeme ise ja teeme paremini! Nii algasid Tallinnas ja Tartus esimesed katsetused valguse jõul orgaanikat lagundavate nanoosakestega ning kohe hakati rakendama ka baktereid hävitavat hõbedat.

Tulemuseks on see, et Eesti teadlased on valmistanud ülitõhusad nanoosakestest antibakteriaalsed pinnakatted. „Tulevikus tahame hakata sellest juba antibakteriaalset kilet tootma,” räägib Ivask õhinal. „Segame oma nanoosakesed õiges kontsentratsioonis polümeeri sisse ja püüame sellest antibakteriaalset kilet või midagi sarnast saada – midagi, millega saab katta näiteks lauaplaadid või haiglates voodite käsipuud.“

Kogu teadus- ja arendustöö on jagunenud KBFI, TÜ ja TTÜ vahel nii, et nanoosakestega vedelik mõeldi välja Tartus, KBFI nooremteadur Merilin Rosenberg viis läbi katsed bakteritega ja tegi ohutusuuringud. TÜ ja KBFI materjaliteadlane Meeri Visnapuu segab aga materjali polümeeri TTÜ polümeeride ja tekstiilitehnoloogia laboratooriumis.

Baktereid tapvad kattekiled, lauaplaadid ja seinavärvid – see kõik on võimalik. Ent enne, kui sellised tooted jõuavad haiglatesse, bussidesse, lasteaedadesse ja miks mitte ka avalike tualettide ukselinkidele, tuleb ühiskonnas tõsiselt arutada küsimust, kui bakterivabas keskkonnas me tegelikult elada tahame.

Kui steriilne peab keskkond olema?

Iseenesest oleks ju tore, kui tulevikus ei peaks me bussis käsipuust haarates muretsema, kas sealt enne meid kinni hoidnud inimene aevastas peopessa või käeõndlasse. Samas, kas liiga steriilne keskkond ei muuda meie immuunsüsteemi liialt laisaks?

Üksmeelt küsimuses, kui palju peaks meie elus olema mikroobe hävitavaid desinfitseerivaid vahendeid ja antiseptikuid, veel ei ole. Kuid töö selle nimel käib.

Samas ei ole veel ka häid uuringuid selle kohta, kas baktereid tapvate pinnakatete kasutamine haiglates ja teistes avalikes kohtades ka päriselt nakkushaiguste levikut vähendaks.

Angela Ivaski sõnul avaldasid soomlased sel teemal hiljuti ühe uuringu, mille käigus testiti kontoritesse, lasteaedadesse ja vanadekodudesse mõeldud antibakteriaalsete pinnakatete prototüüpe, tulemused.

„Selle uuringu autorid on leidnud, et nende lauakatete kasutamine on näiteks lasteaedades vähendanud teatud viirushaiguste hulka. Samas on seda üliraske analüüsida, sest haiguste levik lasteaias sõltub väga palju ka sellest, kui palju haigeid lapsi mingil hommikul sinna üldse toodi. Peale selle on seal veel väga-väga palju muid tähtsaid tegureid, mis võivad tulemusi mõjutada,” rääkis Ivask.

Ivask ise arvab, et näiteks külastajana haiglasse sattudes oleks tal hea meel, kui ta teaks, et sealsed pinnad on antibakteriaalsed. Kuid teadlasena rõhutab ta, et sellisel juhul tuleks suurt tähelepanu pöörata ka nende pindade õigele hooldusele, sest ainult nii saab tagada nende tõhususe.

„Kui mõelda näiteks meie fotokatalüütilisele pinnale, siis orgaanilist ainest lagundades tekib selle peale laguprodukt, mis jääb sageli pidama sellele samale antimikroobsele pinnale. Nii tekib sinna justkui uus kiht orgaanilist ainest, mille peal on mõnel teisel mikroobil väga hea kasvada. Sellepärast on ka nende pindade õige hooldus üks väga oluline aspekt,” selgitas Ivask.

Kuidas suhtuda nanoosakestesse?

Kas nähtamatud asjad võivad olla kasulikud? Kas nähtamatud asjad võivad olla kahjulikud? Need küsimused puudutavad tavasilmale ja isegi tavalisele mikroskoobile nähtamatuid nanomaterjale. Eesliide nano tähendab, et jutt käib tõepoolest väikestest asjadest – üks nanomeeter on 100 000 korda väiksem kui juuksekarva läbimõõt.

Nanoosakesi ehk imeväikseid materjaliosakesi on igaüks meist ka ise valmistanud. Iga kord kui süütame lõkke või käivitame auto paiskub põlemise tagajärjel õhku ka nanoosakesi.

Lisaks neile inimeste tavapäraste tegevuse tagajärjel tekkinud nanoosakestele, valmistavad teadlased laborites ja tootjad tehastes ka laialdaselt sihtotstarbeliselt disainitud osakesi. Neid kasutatakse toodetes, mida me vähemal või rohkemal määral kõik igapäevaselt tarbime: päikesekreemides, antibakteriaalsetes sokkides ja mujal.

Nanoosakesi kasutatakse üha enam, sest materjali mõõtmeid vähendades muutuvad ka materjali omadused ning tulemuseks võivad olla ootamatud, kuid tootearenduse seisukohalt olulised muutused.

Nanoosakesi leidub ka mitmetes pinnakatetes, mis muudavad pinnad n-ö isepuhastuvateks.

Imetillukeste materjaliosakeste laialdase kasutamisega meie igapäevastes tarbekaupades kaasneb ka mure, kas neil osakestel võivad olla soovimatud kõrvalmõjud ja ega säärased tooted meie tervist kahjusta. Seda, millised nanoosakesed ja miks erinevatele organismidel ohtlikud on, on KBFI teadlased uurinud juba alates 2007. aastast.

Antud artiklis kirjeldatud pinnakatete uurimise tulemuste põhjal kinnitavad KBFI ja TÜ teadlased, et nende loodud antibakteriaalsed pinnakatted on ühteaegu tõhusad mikroobide tapjad ja samas ohutud nii keskkonnale kui inimestele. Nad katsetasid katete mõju ka naharakkude mudelile ega täheldanud ühtegi negatiivset mõju.

Allikas: Meeri Visnapuu ja Angela Ivask